Precipitação: Tipos e Medição

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15/10/2020 
Precipitação 1 
Precipitação 
1 
Hidrologia & Climatologia 
https://www.montgomerycountymd.gov 
Ciclo hidrológico 
Balanço hídrico 
Sistema = Entrada e Saída 
𝒅𝑺
𝒅𝒕
= 𝑷 − (𝑬𝑻 + 𝑸 + 𝑹𝒅) 
 
3 
Água proveniente da 
atmosfera que atinge a 
superfície terrestre 
 
 
 Formas 
 
 
 Variabilidade 
 
 
O que é Precipitação? Tipos de Hidrometeoros 
• Existem 6 tipos hidrometeoros – partículas de água suspensas 
na atmosfera que compõe a precipitação (chuva): 
– Gotículas de nuvem (2 mm < diâmetro < 1 mm) 
 
– Gotas de chuva (diâmetro > 1mm) 
 
– Cristais de gelo 
 
 
– Flocos de neve (agregados de cristais) 
 
– Graupel (gelo + gotícula de nuvem) 
(“granizo mole”, precursores do granizo sólido) 
 
– Granizo (gelo + gotas de nuvem) 
 
 Fonte: Albrecht 
15/10/2020 
Precipitação 2 
Tipos de precipitação 
 
 
 
 
 
 
 
Descrição do tipo de 
chuva 
Taxa de precipitação 
(mm/h) 
Hidrometeoro associado 
Garoa (diâmetro < 0,5 
mm) 
< 0,3 Cristais de gelo 
Leve 0,3 à 3 Cristais de gelo, Agregados, gotas de 
chuva pequenas 
Moderada 3 à 8 Agregados, “rimed” pequenos, gotas 
de chuva médias 
Forte > 8 “Rimed” grandes, granizo, graupel, 
gotas de chuva grandes 
Fonte: Albrecht 
 Histórico 
 Primeiras observações de variáveis 
meteorológicas mais perceptíveis 
(chuva, nuvens) 
 
 produção de grãos das terras estimadas 
a partir dos registros da chuva (uso para 
estimar o imposto) 
 
 Padronização da medição da chuva 
 
 
 1º pluviômetro 
 
 com funil, Robert Hooke 
 com báscula, Cristopher Wren 
e Robert Hooke 
 
 
 
 
 
 
3000 AC – Babilônia (caldeus) 
 
 
 
400 AC – Índia 
 
 
 
1441 – Índia Coreia 
 
 
 
 
 
 
 
rede observações (Coreia) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 pluviômetro de bronze 
 
 
 
1690 – Inglaterra 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Roberto Hooke (Inglaterra) 
 
 
 O que é PLUVIOMETRIA? 
 Latin: Pluvia é chuva 
 
 Chuva provém do processo de precipitação: 
resultante da condensação da água, 
líquidos ou sólidos, que caem das nuvens 
(chuva, neve e granizo) 
 
 A pluviometria é uma medida compostas 
por 3 aspectos: 
 
 Quantidade 
 
 
 
 Duração 
 
 
 
 Intensidade 
 
 
 
medida com pluviômetros – expressa como uma altura sobre 1m² de área. 
 
 1 mm de água = altura de 1 mm de água em 1 m² de área horizontal 
 
intervalo de tempo, em horas ou minutos, do início até o fim do evento de 
precipitação. 
 
𝑞𝑢𝑎𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑡𝑎çã𝑜
𝑑𝑢𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑒𝑣𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐ℎ𝑢𝑣𝑎
 
 
[mm h-1] ou [mm min-1] 
 Importância da pluviometria 
Segurança social 
 
Previsão enchentes urbanas 
 
Planejamento urbano 
 
 
 
Segurança hídrica 
 
Reservatórios de abastecimento 
 
 
15/10/2020 
Precipitação 3 
 Importância da pluviometria 
Segurança alimentar 
 
Tomada de decisão 
 preparo do solo e plantio 
 na irrigação 
 na colheita 
 
 
 
Segurança energética 
 
Controle de reservatórios 
Planejamento da rede interligada
 
Como medir a chuva? 
 
Pluviômetro: mede o total precipitado 
Pluviômetro “Ville de Paris” 
- Área de captação: 400 cm² 
Um volume de 40 ml corresponde a 1 mm de 
precipitação 
 
Quando não há um proveta 
calibrada, calcula-se a 
precipitação: 
P =10 V/A 
P - precip. [mm] 
V - volume recolhido [cm³ ou ml] 
A – área de captação do anel [cm²] 
 
 
Pluviógrafo (pluv. automático) e Pluviômetro convencional 
Modelo Ville de Paris 
 
Convencional ANA/Brasil 
 
Diâmetro do bocal: 225,7 
mm Capacidade : até 200 
mm 
 
Pluviógrafo 
(com registro em papel) 
 
Tambor de rotação com papel 
Pena ligada na bóia 
Cilindro de coleta de água 
 bóia sobe com a água, pena registra 
 tambor de rotação com papel 
 
Tubo sifão , quando atinge seu máximo: 
 esvazia o cilindro cheio para o coletor inferior 
 pena volta ao zero 
 
Coletor inferior 
Pluviômetro 
mede a precipitação em 
intervalos de tempo 
pluviograma 
 Pluviômetro de báscula (“pluviógrafo”) - automático 
Componentes 
Funil, corpo e base 
Mecanismo de báscula dual automático: saída p/ registro 
de pulso elétrico 
São realizados registros a cada vez que a báscula com 
volume conhecido (geralmente 0.2 mm) se enche. 
Fonte: Humberto Rocha, IAG-USP 
Dataloggers: aparelhos usados para 
armazenar dados observados. 
15/10/2020 
Precipitação 4 
Tipo de medidores da precipitação em 
intervalos de tempo abordados 
Bóia e sifão Báscula 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Hendriks (2010) 
1. Nivelamento horizontal incorreto 
 
2. Evitar obstáculos próximos e lugares nas colinas 
 
soluções : 
- cumprir limites de distâncias e alturas mínimas 
- instalar quebraventos 
- instalar dispositivos anti-pouso de passaros 
Fatores que afetam acurácia das medidas de precipitação 
1
, 
5
 m
 
1
, 
5
 m
 
- escolha preferencialmente uma área aberta, longe de obstáculos 
(edificações, árvores) 
 
Fonte: Humberto Rocha, IAG-USP 
15 
Fatores que afetam acurácia das medidas de precipitação 
Efeito do vento : erro de ~5% com vento > 5 m/s 
Vento - Desvia trajetória das gotas 
Cuidado na leitura e registros dos dados: 
- leituras erradas, erros de digitação 
- vários dias para fazer a leitura 
(evaporação) 
- Falta de Manutenção 
Análise da precipitação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Collischonn and Dornelles, 2015 
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Precipitação 5 
Variáveis de medida da precipitação 
 
 
• Total precipitado: altura ou lamina de água por área 
(l/m2 = mm). 
 
 
 
 
• Duração do evento ou período: unidade de tempo 
(minutos, horas, dias...) 
• Intensidade: total precipitado 
evento (mm/h); i = h / Δt 
/ duração do 
-Longa duração => geralmente maiores totais 
precipitados; 
-Curta duração => geralmente maiores intensidades 
• Hietograma = gráfico de precipitação vs tempo 
• Precipitação acumulada no tempo 
Hietograma = gráfico de precipitação vs tempo 
 
Precipitação média mensal (± Desvio Padrão) 
 
 
 
100 
90 
80 
70 
60 
50 
40 
30 
20 
10 
0 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 
C
h
uv
a
 (
m
m
) 
Total precipitado e o número de dias que 
ocorreram precipitações no mês 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Jeffrey McDonnell 
15/10/2020 
Precipitação 6 
Precipitação Anual 
2500 
 
 
 
2000 
P média anual = 1441 ± 271 mm 
1500 
 
 
 
1000 
 
 
 
500 
 
 
 
0 
1976 1977 1978 1979 1980 1981 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 
C
h
u
v
a
 (
m
m
) 
22 
Rede de observação – ANA 
 
 
 
 
 
 
 
 
Existe ainda as estações do INMET e dos orgãos estaduais 
(p.ex. EPARN, IGARN, FUNCEME, no CE) 
 
http://www.snirh.gov.br/hidroweb/mapa 
23 24 
Água proveniente da 
atmosfera que atinge a 
superfície terrestre 
 
 
 Formas 
 
 
 Variabilidade 
 
 
O que é Precipitação? 
http://www.snirh.gov.br/hidroweb/mapa
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Precipitação 7 
Nuvem: 
Pode ser definida como uma massa visível de vários pequenas 
gotículas de água (1 – 100 μm) e/ou cristais de gelo (quando a 
temperatura é baixa) flutuando na atmosféra. 
Diversos tipos de nuvens 
26 
 ~ 60% com coberta por nuvens 
 
 transporte água 
 
 absorção e fornece energia 
para superfície 
 
 
 balanço de energia 
 
 
 desafio – mod. atmosférica 
das mudanças climáticas 
 
 
 
Papel das nuvens - introdução 
Stratocumulus alto cúmulos 
27 
Formação das nuvens – condições: 
 Umidade 
Núcleo de condensação 
 
Movimentos da atmosfera 
 
Núcleo de condensação: ? 
 
 
O vapor de água condença sob pequenas partículas 
(aerosóis): poeira, sal marinho e outras 
substâncias químicas presentes noar. 
 
 
Tamanho = 0,001 a 1 µm 
Os núcleos de 
(atraem água). 
condensação são higroscópicos 
Fontes naturais (sal do mar, erupções vulcanicas, 
poeira). 
No entanto, ~10% provenientes de atividades 
antrópicas. 
15/10/2020 
Precipitação 8 
Formação das nuvens 
 1 Ar aquecido na superfície terrestre sobe, 
expande e resfria -> razão adiabática seca. 
10 ºC a cada 1000 m 
Ar sobe até 
atingir à 
temperatura do ar 
circundante. 
Meteorology: Understanding the Atmosphere 
Processo adiabático - Termodinâmica 
Ar que sobe atinge cada 
pressões. (expande e resfria) 
Ar que desce atinge cada 
pressões (comprime e aquece) 
 
 
 
 
 
Processo adiabático 
Perda de T por 
expansão e ganho de T 
por compressão sem 
troca de calor com o 
meio. 
vez 
 
 
 
vez 
menores 
 
 
 
maiores 
Processo adiabático 
Perda de Temperata 
por 
expansão ou ganho de 
Temperatura 
por compressão SEM 
trocar calor com o meio. 
 
Pressão do vapor de saturação 
(es) = pressão exercida pelas 
moléculas de água no ar, quando 
o ar está saturado com vapor de 
água. 
 
 
RH = e / es 
 
 
Pressão de vapor do ar (e) ≥ Pressão de vapor saturado (es) 
 2 Se o ar continua subindo a elevadas altitudes ele pode 
se tornar SATURADO antes de atingir a temperatura 
do ar circundante. 
 
Neste caso a umidade relativa do ar (RH) = 100%. 
Fonte: Hendrriks 
15/10/2020 
Precipitação 9 
3 Após inicial condesação o ar continua 
subindo e expandindo “na 
razão adiabática úmida” 
Menor taxa de 
diminuição de T que a 
razão adiabática seca. 
6 ºC a cada 1000 m 
 
 
 
 
 
 
10 ºC a cada 1000 m 
Richard Harwood, Meteorology 106 
Devido ao calor latente no 
processo de condensação. 
Geração da precipitação 
 
 
Nuvens contém vapor, água líquida e gelo. 
 
 
Gotículas de água nas núvens precisam crescer o 
suficiente para vencer as correntes ascentes nas 
núvens a cair até a superfície terrestre sem 
evaporar. 
 
 
Assim, a precipitação inicia quando as gotículas de 
água ou cristais de gelo tornam-se pesadas e caem 
devido a gravidade. 
Chuva => Diâmetro da gota de 0.5 a 8 mm 
Geração da precipitação 
 
De modo geral, existem dois principais processos que geram 
precipitação: núvens quentes e núvens frias. 
Núvens quentes: 
Temp. acima do ponto de congelamento da água 
(T>0ºC). 
 
Diferentes tamanhos de gotas que crescem por 
processo de colisão-coalescência. 
Pr incipal m e ca n i s m o e m 
regiões Tropicais. 
Núvens quentes: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Formação da gota de chuva 
a partir do processo de colisão-coalescência 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
~106 pequenas gotículas (10 μm) formam uma única 
gota grande de chuva (1000 μm). 
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Precipitação 10 
Núvens frias: 
Temperatura < 0ºC 
Presença de água nas três fases (sólida, líquida e 
gasosa); 
 
 
Núcleos de formação de gelo 
 
• Menos abundante que os núcleos de condensação; 
• Mais efetivos quando possuem formato semelhante aos 
cristais de gelo (Minerais de argila são núcleos eficazes ≈ -10 °C) ; 
• Escassez de núcleos de gelo => presença de cristais de gelo e 
água superesfriada. 
 
Este último aspecto é crucial para a formação de 
precipitação em nuvens frias uma vez que dá origem ao 
processo Bergeron-Findeisen. 
Processo Bergeron-Findeisen 
 
 
 
Descreve como cristais de gelo crescem a partir 
das gotículas de água superesfriadas num ambiente 
supersaturado (T<0ºC e RH>100%). 
Importante em médias e altas altitudes. 
Responsável por formação de neve. 
 
 
 
 
Superesfriada: água em estado 
líquido abaixo de 0°C. 
 
 
 
Água pura suspensa no ar não 
congela até atingir uma 
temperatura de ≈ -40°C. 
Processo Bergeron-Findeisen 
 
 
 
 
A pressão de saturação sobre os 
cristais de gelo é menor que nas 
gotículas de água. 
 
 
Assim o vapor de água tende a se 
depositar mais nos cristais de gelo do 
que nas gotículas de água. 
 
 
Gotículas de água tendem a evaporar e 
posteriormete se juntar aos cristais 
de gelo. 
 
 
Esses cristais de gelo crescem até ter 
peso o suficiente para precipitar na 
forma de neve. 
Como obter dados pluviométricos no Brasil 
 
Agência Nacional de Águas -ANA 
 
HidroWeb: http://www.snirh.gov.br/hidroweb/publico/mapa_hidroweb.jsf 
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Precipitação 11 
41 
Obtendo série histórica de dados no HidroWeb 
Tabela de atributos 
Cópia o código 
Clicar em download 
1 
2 
3 
4 
Escasses de dados diversas 
regiões do Brasil 
pluviométricos em 
Precipitação a partir de Sensoriamento Remoto 
 
 Opção para minimizar escasses de dados pluviométricos 
 
 
 
• Sensores medem a radiação emitida e refletida dos 
 hidrometeoros e/ou superfície. 
• Assim, as técnicas para estimativa da precipitação a partir de 
sensores remotos visa converter a radiação medida em 
informação de precipitação. 
 
• Estimativas baseadas na Lei de Planck que descreve a 
quantidade de energia que um corpo irradia dada a sua 
temperatura. 
Sensoriamento Remoto 
Radar é uma ferramenta de Estimativa Quantitativa de Precipitação 
(QPE) com sensoriamento remoto e com alta resolução espacial e 
temporal. No entanto, a cobertura do radar pode ser inconsistente de um 
lugar para outro e de uma tempestade para outra. 
15/10/2020 
Precipitação 12 
Dados de Precipitação - RADAR 
 
R a d a r i n s ta l a d o s n a s u p e r f í c i e ter r e st r e s ã o u s a d o s 
p a r a e st i m a r a s r a zõ e s d e p r e c i p i ta ç ã o i n s t a n tâ n e a s n a s 
n ú v e n s . M e d e t a m b é m a ve l o c ida d e h or i zo nta l q u e o s 
h i d ro m e te o ro s se m o v i m e nta m na tempestade . 
Radar meteorológico da FUNCEME. Quixeramobim, CE 
Dados de Precipitação - RADAR 
 
Funcionamento: O transmissor emite pulsos de microondas. 
Precipitação dispersa estas microondas, envia energia de volta ao 
transmissor. A intensidade deste sinal recebido (eco de radar) indica a 
intensidade da precipitação. 
 
O tempo que leva para 
o sinal emitido 
retornar ao radar 
indica a distância da 
tempestade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NOAA. gov 
As Propriedades dos hidrometeoros influenciam a relação Z-R 
(tamanho, concentração e fase destes) 
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Precipitação 13 
Sensoriamento Remoto - Satélites 
Sensoriamento Remoto 
 
Satellite é outra ferramenta QPE de sensoriamento remoto, 
 mas com uma resolução muito mais grosseira do que o radar. 
51 
Estimativas de chuva por satélite 
Instrumentos do TRMM 
(Tropical Rainfall Measuring 
Mission): Sensor Microondas e 
Radar de precipitação, ... 
 
• validação em terra 
 
• Produto: 
– 3B42 (dados de 3 em 3 
horas, resolução de 0.25°) 
– 3B43 (dado mensal, 
resolução de 0.25°) 
 
Fonte: 
https://earthobservatory.n
asa.gov/images/83290/rain
fall-going-global 
Diversos estudo de avaliação 
Soares, et al. (2016, rbrh) 
https://earthobservatory.nasa.gov/images/83290/rainfall-going-global
https://earthobservatory.nasa.gov/images/83290/rainfall-going-global
https://earthobservatory.nasa.gov/images/83290/rainfall-going-global
https://earthobservatory.nasa.gov/images/83290/rainfall-going-global
https://earthobservatory.nasa.gov/images/83290/rainfall-going-global
https://earthobservatory.nasa.gov/images/83290/rainfall-going-global
https://earthobservatory.nasa.gov/images/83290/rainfall-going-global
15/10/2020 
Precipitação 14 
Sensoriamento Remoto 
 
Erros de estimativa: 
Mesmo os pluviômetros, que são medições baseadas em superfície, 
estão sujeitos a erros e não podem resolver os detalhes espaciais dos 
padrões de precipitação. 
Onde obter dados TRMM 
 
 
Dados 1998 - 2016 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://mirador.gsfc.nasa.gov/ 
Global Precipitation Measurement (GPM) 
 
A constelação de satélites GPM precipitação em todo o mundo a cada 2-3horas. 
 
Dados 2014 - presente 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://www.nasa.gov/mission_pages/GPM/main/index.html 
56 
 
• Padrões regionais de precipitação 
(espaço-tempo), como são?