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Universidade Federal de Minas Gerais Instituto de Geociências Departamento de Geografia Climatologia Prof. Wellington Lopes Assis Unidade II - Parâmetros Meteorológicos Relevantes aos Estudos Climáticos 4. Umidade Atmosférica e Precipitação 4.1. Importância do Vapor d’água na Atmosfera 4.2. Mensurações da Umidade Atmosférica 4.3. Evaporação e Evapotranspiração 4.4. Condensação do Vapor d’Água 4.5. Nuvens 4.6. Gênese da Precipitação 4.7. Outras formas de Condensação Condensação do Vapor D’Água Segundo Barry e Chorley (2009), a condensação ocorrerá sob as seguintes circunstâncias: 1) Quando o ar se resfria até seu ponto de orvalho, ainda que o volume permaneça constante; 2) Se o volume do ar aumenta sem que haja aumento de calor, esfriando-se por expansão adiabática; 3) Quando uma variação conjunta na temperatura e no volume reduz a capacidade de retenção de umidade do ar, abaixo do conteúdo hígrico existente. - Na atmosfera, a condensação geralmente ocorre quando o ar se esfria além de seu ponto de orvalho. - O resfriamento do ar é o método normal para se atingir a saturação e, daí, a condensação. - Além do resfriamento é necessário a presença de núcleos higroscópicos para acelerar a condensação. Condensação do Vapor D’Água Processo Diabático Quanto há troca de calor da parcela de ar com o meio: • Perda de calor por radiação; • Perda de calor por condução; • Mistura de massas de ar com propriedades termodinâmicas diferentes. - O resfriamento por contato é normalmente produzido no ar úmido e quente, quando esse passa sobre uma superfície terrestre fria ou mesmo sobre uma superfície aquática fria. Ex.: Costa da Namíbia, Gana, Costa oeste da América do Sul, etc. Processo Adiabático Não há troca de calor da parcela de ar com o meio. • Resfriamento por expansão e decréscimo da pressão; • Resfriamento por ascensão. Processos Diabáticos Fonte: http://photosallovertheworld.blogspot.com Fonte: http://www.iyufera.com Processos Diabáticos Fonte: http://photosallovertheworld.blogspot.com Fonte: http://www.panoramio.com Condensação do Vapor D’Água Flutuabilidade: capacidade de ascensão da parcela de ar na atmosfera, estando menos densa do que o meio circundante. Esta propriedade, faz com que o força de ascensão seja maior do que a força da gravidade. FLUTUABILIDADE INSTABILIDADE Resfriamento abiabático e expansão da parcela de ar ESTABILIDADE 22,0ºC 25,0ºC 30,0ºC 20,0ºC21,0ºC 25,0ºC Temperatura do Ar Temperatura da Parcela de Ar Condensação do Vapor D’Água • Razão Adiabática Seca (RAS): é a variação da temperatura sofrida por uma parcela de ar seco até ocorrer a condensação, da superfície até a base da nuvem. A temperatura cairá a razão de aproximadamente 0,98ºC/100m, para fins práticos utiliza-se 1,0ºC/100m. • Razão Adiabática Úmida (RAU): gradiente vertical dentro do ar saturado, isto é, dentro da nuvem e que não possui valor tão constante, variando entre 0,4ºC/100m e quase 1,0ºC/100m. Adota-se, para cálculos práticos o valor de 0,6ºC/100m (2,0ºC/1000ft). • Gradiente do Ponto de Orvalho (To): a temperatura do ponto de orvalho decresce em média 0,2ºC/100m, quando uma parcela de ar se eleva na atmosfera convectivamente. • Gradiente Superadiabático: todo gradiente térmico maior que 1,0ºC/100m. • Gradiente Auto-Convectivo: valor superadiabático máximo para o ar seco permissível na atmosfera, seu valor é de 3,42ºC/100m. • Temperatura Convectiva: é a temperatura que em superfície dá origem ao processo de convecção que irá formar as nuvens cumuliformes. Condensação do Vapor D’Água • Nível de Condensação Convectiva (NCC): é o nível onde o ar saturado se condensa e dá origem à formação de nebulosidade convectiva, geralmente nuvens cúmulos. Neste nível a temperatura do ar é igual à temperatura do ponto de orvalho. A altura do NCC equivale à altura da base das nuvens. H = 125 (T – Td) onde, H = altura da base da nuvem T = temperatura na superfície Td = temperatura do ponto de orvalho na superfície NCC (m) RA RAS Td 8,0 18,0 18,0 1000 10,0 19,0 18,2 900 12,0 20,0 18,4 800 14,0 21,0 18,6 700 16,0 22,0 18,8 600 18,0 23,0 19,0 500 20,0 24,0 19,2 400 22,0 25,0 19,4 300 24,0 26,0 19,6 200 26,0 27,0 19,8 100 28,0 28,0 20,0 0 RAU 12,0 12,6 13,2 13,8 14,4 15,0 15,6 16,2 16,8 17,4 18,0RAS: 1,0ºc/100m RA: Razão Ambiental RAU: 0,6ºC/100m Td: 0,2ºC/100m Estabilidade e Instabilidade Atmosférica Um volume ou massa de ar é considerado estável, neutro, ou instável se, quando submetido a algum impulso perturbador, respectivamente, retorna a sua posição original, permanece em sua posição perturbada ou se afasta de sua posição original quando desaparece o impulso de perturbação (AYOADE, 1991). • Instabilidade atmosférica: quando a razão ambiental for maior que a razão adiabática seca (BARRY; CHORLEY, 2009). A parcela de ar será sempre mais quente que o ar circundante. A característica do ar instável é sua tendência de continuar se movendo a partir de sua posição original, uma vez iniciado o movimento. Razão Ambiental (RA) > Razão Adiabática Seca (RAS) • Estabilidade atmosférica: num volume ou massa de ar estável a razão ambiental é menor do que a razão adiabática seca (VIANELLO e ALVES, 1991). Isto significa que se a parcela de ar é forçada a elevar-se ela será sempre mais fria e mais densa do que o ar circundante e tenderá a retornar a seu nível original. Razão Ambiental (RA) < Razão Adiabática Seca (RAS) • Neutro ou Indiferente: quando ou onde a razão ambiental for igual a razão adiabática seca (VIANELLO e ALVES, 1991). Razão Ambiental (RA) = Razão Adiabática Seca (RAS) Hidrometeoros São fenômenos meteorológicos que ocorrem pela condensação, congelamento ou sublimação do vapor d’água. Classifica-se em: • Depositados: orvalho (condensação) e geada (sublimação) • Em Suspensão: flutuam na atmosfera, nuvem, nevoeiro e névoa-úmida. - Nuvem: acima de 30 metros (100ft) - Nevoeiro: visibilidade menor que 1.000m. Umidade relativa maior ou igual a 90% (97% - 100%) - Névoa-Úmida: visibilidade maior ou igual a 1.000m e 5.000m. Umidade relativa maior ou igual a 80%. Difunde mais a cor azul-cinza • Precipitados: - Líquidos: chuviscos (gotas com diâmetro menor que 0,5mm) e chuva (gotas com diâmetro maior que 0,5mm) - Sólidos: neve (precipitação em forma de flocos, temp. próxima de 0,0ºC), granizo pequeno (diâmetro menor que 2,0mm) e granizo (diâmetro maior que 5,0mm) Hidrometeoros Fonte: http://gessecampos.blogspot.com Orvalho Fonte: http://clubedafotopatobranco.blogspot.com Geada Hidrometeoros Fonte: http://www.portalmidia.net Névoa Úmida Fonte: http://lua.weblog.com.pt Nevoeiro Hidrometeoros Fonte: http://ssilveira.blogspot.com Chuva Chuvisco Fonte: http://ultradownloads.uol.com.br Hidrometeoros Cristais de Neve Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br Fonte: http://letrasdobviw.blogspot.com Precipitação Nival Fatores ambientais tais como temperatura, pressão e a umidade determinam as formas dos cristais de neve. Em geral possuem costumam ter seis lados, em uma estrutura parecida com um hexágono, pois é desse jeito que os átomos de hidrogênio e oxigênio (que formam a água) se ligam no estado sólido. Hidrometeoros Granizo Fonte: http://mythoughtsandsoul.blogspot.com/ Formação do Granizo Autor: Wellington Lopes Assis Litometeoros São minúsculas partículas sólidas em suspensão na atmosfera que ocorrem com visibilidade entre 0m a 5.000m e umidade relativa maior que 80%. Ex.: névoa seca, fumaça (partículas resultantes da combustão incompleta, cor azul), poeira (partículas sólidas, cor amarela). • Névoa-Seca: visibilidade maior que 5.000m. Umidade relativa menor que80%. Concentração de partículas sólidas. Difunde mais as cores vermelha, laranja e amarelo. Fonte: http://www.flickr.com Nuvens - As nuvens são agregados de gotículas d’água muitíssimo pequenas, de cristais de gelo, ou uma mistura de ambos, com suas bases bem acima da superfície terrestre. - É o resultado direto do resfriamento do ar até que se verifique a condensação ou sublimação e são consideradas como tais sempre que suas bases formarem-se a partir 30 metros (100ft) de altura. - As nuvens são formadas principalmente por causa do movimento vertical do ar úmido, como na convecção, ou ascensão forçada sobre áreas elevadas, ou no movimento vertical em larga escala, associado a frentes e depressões. - A forma das nuvens é determinada em parte pela intensidade com que ocorre os movimentos ascensionais e alcance vertical. As nuvens são normalmente classificadas em tipos com base em dois critérios: 1) Aspecto e estrutura da nuvem: • Cirriformes – aparência fibrosa • Estratiformes – apresentam-se em camadas • Cumuliformes – aparecem empilhadas Nuvens 2) A Altura na qual a nuvem ocorre na atmosfera: • Desenvolvimento Horizontal: - Altas � não produzem precipitação . Acima das nuvens médias (6.000m – 12.000m). Ex.: Cirrus (Ci) unicinus (corrente de jato), Cirrostratus (Cs) halo e Cirroscumulus (Cc) - indicador de turbulência. - Médias � 2.000m – 4.000m (altas latitudes), 2.000m – 7.000m (médias latitudes) e 2.000m – 8.000m (baixas latitudes). Ex.: Altocumulus (Ac) virga, Altostratus (As) e Nimbostratus (Ns) produzem precipitação. - Baixas � próximo ao nível do solo 30m – 2.000m. Ex.: Stratus (St) produz chuvisco e Stratoscumulus (Sc) não produz precipitação. • Desenvolvimento Vertical: Cumulus (Cu) e Cumulunimbus (Cb) precipitações intensas. Classificação das Nuvens Fonte: http://wiki.fisski.com Nuvens Altas Cirrus Cirrostratus Cirroscumulus Fonte: http://www.wolkengrenze.de Nuvens Médias Altocumulus Altostratus Nimbostratus Fonte: http://nuvens-cb.blogspot.com Nuvens Baixas Stratus Stratoscumulus Autor: Wellington Lopes Assis Autor: Wellington Lopes Assis Nuvens de Desenvolvimento Vertical Cumulus Fonte: http://www.mountainsurvival.com/ Nuvens de Desenvolvimento Vertical Cumulonimbus Fonte: http://dedsifr.blogspot.com Nuvens • SKY: Céu claro - 0/8 • FEW: Pouca nebulosidade - 1 a 2/8 • SCATTERING: Nebulosidade esparsa - 3 a 4/8 • BRUKEN: Nublado - 5 a 7/8 • OVER CAST: Céu Encoberto 8/8 As mensurações da nebulosidade na superfície podem ser realizadas em 1-8 e 1-10. W S E N 6 7 5 4 3 2 18 Precipitação Em meteorologia o termo “precipitação” é usado para qualquer deposição em forma líquida ou sólida e derivada da atmosfera (chuva, neve, granizo). Gênese da Precipitação - Três condições básicas para a formação de precipitação: • Umidade • Flutuabilidade da Parcela de Ar • Núcleos de Condensação - Várias teorias sobre a formação das nuvens foram apresentadas em diversas épocas. As duas teorias aceitas atualmente são: • Teoria de Bergeron-Findeisen: explicam o crescimento das gotas de chuva em termos de cristais de gelo que aumentam às custas das gotas d’água. A teoria funciona para as latitudes médias mas não muito bem para os trópicos. • Teoria da Coalescência: agrupamento de pequenas gotas que caem por colisão. As gotas d’água maiores caem das nuvens mais rapidamente do que as menores, alcançando e absorvendo as gotas menores ao longo do percurso. Precipitação Fonte: Dra. Rachel I. Albrecht (2012), CPTEC-INPE. Precipitação Tipos de precipitação É convencional classificar a precipitação em três tipos principais, tomando-se por base a maneira de elevação do ar que tenha dado origem à precipitação. Tais como: • Convectivo: associado com a instabilidade convectiva • Frontal: associado ao encontro de massas de ar • Orográfica: associada às áreas acidentadas ou montanhosas 1mm = 1 litro de água por m2 Precipitação Convectiva Fonte: http://www.americanflyers.net/ Precipitação Convectiva Fonte: Wellington Lopes Assis Precipitação Orográfica Barlavento Sotavento Fonte: http://www.suu.edu Precipitação Frontal Fonte: http://apollo.lsc.vsc.edu
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