Introdução a disciplina de Hidrologia e Climatologia

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2020-09-11 
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1 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
 
Semestre: 2020.6 
 
DISCIPLINA: 
 
 Hidrologia e Climatologia 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
 
Introdução a disciplina 
 
de Hidrologia e Climatologia 
 
 Hidrologia Geral – 2020.6 Jonathan Mota / DCAC – UFRN 
3 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
 Objetivos da disciplina 
 Hidrologia e Climatologia Jonathan Mota / DCAC – UFRN 
• Familiarizar o aluno com conceitos básicos dos processos físicos 
da meteorologia, de modo que adquira conhecimentos necessários 
para entender os fatores de clima e hidrologia que constituem a 
base para estudos Ambientais. 
 
 
• Serão apresentados e discutidos aspectos fundamentais do tempo 
e do clima, e da hidrologia e suas influências sobre o ambiente. 
 
 
4 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
 Objetivo Pessoal 
 
Formar os melhores alunos 
(meteorologia, ecologia, eng. amb.) 
do Brasil 
 
 Hidrologia e Climatologia – 2019.2 Jonathan Mota / DCAC 
– UFRN 
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5 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
 O que espero dos Alunos 
- Interesse 
- Compromisso 
- Respeito ao professor e demais 
colegas 
- Ter atitude Profissional 
 
 Hidrologia e Climatologia – 2020.6 Jonathan Mota / DCAC 
– UFRN 
6 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
 Comunicação 
 Hidrologia e Climatologia Jonathan Mota / DCAC – UFRN 
Horário e sala de aula: 
 
• 3ª e 5ª feiras - 16:50 às 18:30 h – ICB – google meet 
 
Atendimento 
 
• 4ª e 6ª feiras das 11:00 ao 12:00 h – Google Meet 
 
Comunicação extra sala de aula 
 
• JonathanMota.ufrn@gmail.com 
 
• SIGAA 
7 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
 Estrutura da disciplina 
Aulas: 3ª e 5ª feiras – Horário T1 e T2 
 
 Hidrologia Geral – 2020.6 Jonathan Mota / DCAC – UFRN 
Avalição 
• Provas(P) escritas: 
 P1, P2 (unidades 1 e 2) 
 P3 – trabalho (escrito mais apresentação) 
 
• Listas de exercícios (L) 
 
Nota = 0,4*Média (Listas) + 0,6*Média (Prova) 
Atendimento 
• 4ª e 6ª feiras das 11:00 ao 12:00 h – on-line 
(agendar reunião no google meet) 
Comunicação extra sala de aula 
• Jonathanmota.ufrn@gmail.com 
• SIGAA 
8 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
 Bibliografia Básica 
 Hidrologia e Climatologia Jonathan Mota / DCAC – UFRN 
• Notas de aula 
 
• Ahrens, C. D., Meteorology today: An introduction to 
weather, climate, and the environment.West Publishing 
Co.. 9a edição 
 
 
 
 
• Rita Yuri e colaboradores, Meteorologia Noções Básicas. 
Oficina dos Textos. 
 
 
 
 
 
 
 
• Barry, Roger G. e Chorley, Richard – Atmosfera, Tempo e 
Clima 
 
 
mailto:Jonathanmota.ufrn@gmail.com
mailto:Jonathanmota.ufrn@gmail.com
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ATMOSFERA TERRESTRE 
1. Visão geral da atmosfera terrestre 
2. A Estrutura vertical da atmosfera 
 
 
Meteorologia 
• De modo geral, estudo os processos físicos e 
químicos que ocorrem na atmosfera 
 
– Escala temporal dos processos 
 
 
• Ocorrem em um determinado momento e local tem-se o Tempo 
(Atmosférico); 
 
 
• Agora, com a observação do Tempo em um determinado intervalo 
de anos é obtido o Clima de uma determinada região. 
 
 
1. Visão geral da atmosfera terrestre 
• A atmosfera da Terra 
– Espessura 
• se espremermos a atmosfera para a densidade da água (1000 kg/m3), ela teria 
apenas 10 metros de espessura! (Densidade da atmosfera a pressão do nível do 
mar e 15oC é ~1,225 kg/m3) 
• Não há limite superior definido para a atmosfera; 
• 99% da atmosfera fica dentro de meros 30 km 
 
– Composição (principalmente de nitrogênio e oxigênio) 
 
 
1. Visão geral da atmosfera terrestre 
A COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA 
• Volume de ar perto da superfície da terra 
– Porcentagem de ar seco 
– Porcentagem simplesmente por volume 
 
Fonte: Ahrens, C. D., 1999. 
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1. Visão geral da atmosfera terrestre 
Vapor de água (H2O) 
 
• Variabilidade espacial e temporal 
• Perto da superfície em locais quentes e tropicais (até 4% dos gases da atmosfera) 
• Áreas mais frias do Ártico (concentração < 1%) 
1. Visão geral da atmosfera terrestre 
Vapor de água (H2O) 
 
• Ciclo hidrológico (processos de entrada e saída) 
• H2O é a única substância encontrada nos três estados (gasoso, líquido e sólido) na 
baixa troposfera. 
Ciclo do H2O 
1. Visão geral da atmosfera terrestre 
Vapor de água (H2O) 
– Gás extremamente importante: 
• Nuvens (partículas líquidas e sólidas) 
• Precipitação 
• Liberação grandes quantidades de calor (latente) 
– O calor latente é uma importante fonte de energia atmosférica, especialmente para as 
tempestades 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
– principal gás de efeito estufa da atmosfera (papel significativo no equilíbrio radiativo da 
Terra) 
A TERRA E SUA ATMOSFERA 
1. Visão geral da atmosfera terrestre 
2. A estrutura vertical da atmosfera 
 
 
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2. A Estrutura vertical da atmosfera 
• A atmosfera pode ser dividida em uma série de camadas 
 
• Cada camada pode ser definida de várias maneiras: 
– variação da temperatura do ar 
– pelos gases que a compõem 
– propriedades elétricas 
 
 
 
2. A Estrutura vertical da atmosfera 
• Para compreender as camadas atmosféricas é necessário 
entender o perfil vertical da: 
– pressão do ar e densidade do ar. 
 
• A razão pela qual a maior parte da nossa atmosfera está 
localizada perto da superfície da Terra (é porque as moléculas 
de ar são mantidas próxima da superfície pela gravidade) 
 
 
 
 
2. A Estrutura vertical da atmosfera 
• A densidade do ar é determinada pela massa de átomos e moléculas e a 
quantidade espaço entre elas. É o quanto de massa existe em um 
determinado espaço (volume). Mais comumente, a densidade é dada pela 
massa de ar em um dado volume: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
volume
massa
densidade 
1 kg/cm2 
1cm 
2. A Estrutura vertical da atmosfera 
• O choque das moléculas de ar (constante movimento), dá um “empurrãozinho” 
minúsculo. Esta pequena força (“empurrão”) dividida pela área sobre a qual ela 
empurra é chamada de pressão: 
– O peso de uma coluna de ar com 1 cm2 de 
área (~ do nível do mar até o "topo" da 
atmosfera) tem um peso de ~1 kgf/cm2. 
 
 
 
 
 
onde g é a aceleração da gravidade (~9,91 
m/s2 ao nível do mar). 
1 kg/cm2 
1cm 
área
g
área
força
pressão


)ar do massa(
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2. A Estrutura vertical da atmosfera 
Aumento e redução da pressão 
 
– Aumento da pressão 
Se mais moléculas são empilhadas na coluna, ela se torna mais densa, o ar pesa mais, e 
a pressão de superfície aumenta. 
 
– Por outro lado, quando menos moléculas estão na coluna, o ar pesa menos, e a pressão 
de superfície diminui. 
 
– A pressão de ar na superfície pode ser alterada mudando a massa de ar acima da 
superfície. 
 
Exemplos clássico: 
Centros de Baixa (L – Low) e Alta (H – High) Pressão Brisa marítima e terrestre 
2. A Estrutura vertical da atmosfera 
Perfil da pressão atmosférica com altitude 
 
 
 
• Perto do nível do mar, é aproximadamente 1000 mb. 
 
• ~ a cada 100 m de altitude,a partir do nível médio do mar, a 
pressão atmosférica reduz de 10 mb 
 
• Considerando a pressão atmosférica ao nível do mar 1000 mb: 
 
– Em 500 mb (5,5 km de altura)  50% da massa 
atmosférica acima e 50% abaixo. 
 
– Em 200 mb (12 km de altura)  20% da massa 
atmosférica acima e 80% abaixo. 
 
– Em 1 mb (48 km de altura)  0.1% da massa atmosférica 
acima e 99.9% abaixo. 
 
 
 
 
Obs.: A atmosfera ainda se estende por centenas de 
quilômetros acima de 1 mb. 
 
 
 
 
2. A Estrutura vertical da atmosfera 
PERFIL DA TEMPERATURA DA ATMOSFERA 
 
Perfil vertical da temperatura da atmosfera média 
 (calculada de vários anos e em toda Terra) 
 
 
• O perfil vertical da temperatura do ar (T) 
varia com diferentes padrões ao longo da 
altitude 
 
 
 
 
• A taxa na qual a temperatura diminui 
com a altura é chamada de “lapse rate”: 
 
dz
dT

2. A Estrutura vertical da atmosfera 
 
• De acordo com a variação da 
temperatura com a altitude, a 
atmosfera pode ser dividida em 4 
CAMADAS: 
 
– Troposfera 
 
– Estratosfera 
 
– Mesosfera 
 
– Termosfera. 
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2. A Estrutura vertical da atmosfera 
 
Troposfera (do grego tropein = transformar 
 troposfera = “esfera que se transforma”) 
 
 
– Se estende da superfície até 
aproximadamente 12 km de altura. 
 
– Alta instabilidade atmosférica 
 
– O topo da troposfera é chamado de 
tropopausa. 
 
– P. ex.: 
A T varia de 15oC na superfície até 
-60oC na tropopausa. 
 
– A luz solar  superfície  ar 
 
– Lapse rate (–dT/dz) de 9,8oC/km. 
 (para uma atmosférica “seca”) 
2. A Estrutura vertical da atmosfera 
Troposfera 
 
– Altura da tropopausa varia com: 
• latitude 
• época do ano. 
9 km 
11 km 
16,5 km 
2. A Estrutura vertical da atmosfera 
Estratosfera (stratus = estratificada 
 estratosfera = “esfera estratificada”) 
 
 
– Estende-se até 50 km de altura 
(estratopausa). 
 
– A T aumenta com a altura em função da 
absorção da radiação ultravioleta 
 
– Camada altamente estável, inibi 
movimentos verticais 
 
 
– T máxima é em 50 km (1mb) 
• baixíssima densidade do ar 
• menor número de moléculas em 50 km. 
 
2. A Estrutura vertical da atmosfera 
 
• Mesosfera 
 
 
– Significa “meio da esfera”. 
 
 
– Estende-se até 85 km de altura 
(mesopausa). 
 
 
– A T diminui com a altura novamente 
(Tmin = -90 °C) 
 
– Ar muito rarefeito, densidade muito 
baixa 
 
 
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2. A Estrutura vertical da atmosfera 
Termosfera 
 
– Estende-se até 500 km de altura 
(termopausa), a partir de onde começa a 
exosfera (“esfera de fora”). 
 
– Muito quente... mas nenhum “calor” 
(muita pouca massa) 
• Uma molécula viaja cerca de 100 km até 
colidir com outra molécula. 
• Congela e frita ao mesmo tempo! 
 
– Moléculas de O2 absorvem energia solar 
e T é dependente da atividade solar. 
 
ENERGIA: AQUECIMENTO DA TERRA 
E DA ATMOSFERA 
1. Transferência de calor na atmosfera 
2. Transferência de calor na atmosfera 
• Os principais processos: 
 
– Condução – transferência de calor de molécula para molécula, sem aparente 
movimentação das mesmas (transferência por elétrons livres e/ou vibrações 
internas). 
 
– A convecção é a transferência de calor pelo movimento de massas de um 
fluido (p.ex., água e ar). 
2. Transferência de calor na atmosfera 
• A capacidade de condução de calor de uma substância é 
chamada de condutividade térmica. 
 
– O ar é um péssimo condutor 
de calor se comparado com a 
neve ou a água , por exemplo. 
 
– Desta forma, a maior parte 
da transferência de calor na 
atmosfera se dá por 
convecção, na interface 
superfície-ar. 
 
 
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2. Transferência de calor na atmosfera 
Exemplos de transferência vertical de energia 
– Convecção: térmicas (bolhas de ar quente) 
 
Forçamento dinâmico 
 
 
Resfriamento 
por expansão 
Aquecimento 
por compressão 
2. Transferência de calor na atmosfera 
O movimento horizontal do ar que faz parte da circulação 
(chamado de vento) carrega ar de uma região para outra 
A transferência de ar (e suas propriedades) horizontalmente pelo 
vento é chamada de advecção. 
2. Transferência de calor na atmosfera 
• A transferência de calor por condução da superfície da Terra (aquecida 
pelo Sol) para atmosfera logo acima e depois por convecção para níveis 
mais altos da atmosfera 
Terra “parada” 
(sem rotação e 
sem translação) 
Terra “girando” 
(rotação e translação em torno do Sol) 
36 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
Trabalho 
Padrões climáticos 
Temperatura do ar 
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37 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
EFEITO SAZONAL E 
DA LATITUDE 
Variação Temporal e latitudinal da Temperatura do Ar - Anual
Temperatura do ar
Padrões de 
variações 
sazonais da 
temperatura do 
ar nas latitudes 
baixas e médias 
(normais 1961-
1990). Fonte: 
Assunção, 2007.
Assunção, 2007 
38 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
• A máxima insolação no HS ocorre em 22/Dez (solstício de verão), por outro lado, as 
máximas temperaturas do verão do verão acontecem somente algumas semanas 
depois. 
 
 
 
– “atraso na temperatura sazonal” 
 
– Verão 
– Inverno 
 
 
Por que a Terra tem estações do ano? 
39 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
1) Natal-RN, Mossoró-RN 
 
2) Natal-RN, Seridó (Caió)-
RN 
 
3) Natal-RN, Macau-RN 
 
4) Natal-RN, Ceará Mirim-
RN 
 
5) Natal-RN, Cruzeta-RN 
 
6) Natal-RN, Apodi-RN 
 
7) Natal-RN, Floriana-RN 
 
8) Natal-RN, Campina 
Grande-RN 
 
9) Natal-RN, Campos Sales-
CE 
 
10) Natal-RN, Areia-PB 
Calcule o ciclo anual (de ~ 10 anos) da temp. max e da temp. min correspondente anos de 
1989 a 2018. De um par de cidades indica abaixo. Discuta os padrões das temperaturas 
das cidades e entre as cidades. Reporte os possíveis fatores que explicam parte da 
variabilidade sazonal encontrada na temperatura destas cidades, bem como suas 
diferenças. 
Trabalho de Climatologia 
Observações: 
 
• Entregue o trabalho em um 
documento escrito no word 
(.docx) ou equivalente; 
 
• Não deixe de informar o meta 
dado das estações (lat, lon, 
altitude) 
 
• Trabalho em dupla ou 
individual; 
• Data de entrega: 17/09/2020 
via SIGAA 
40 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
http://www.inmet.gov.br/portal/ 
Fazer um cadastro 
Selecione BDMEP 
http://www.inmet.gov.br/portal/
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41 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
Selecione dados Mensais 
Selecione as variáveis de interesse do últimos 10 anos 
42 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
Selecione a cidade de interesse 
43 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
Altere a extensão do arquivo para .txt 
44 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
Visualize e edite o arquivo com uso no Notepad++ 
Selecione dados Mensais 
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45 Capítulo 01 – A Terra e sua atmosfera 
1. Arquivo deve ficar com este formato 
2. Agora é possível utilizar o Excel para 
Calcular o ciclo anual da temperatura máxima e 
Temperatura mínima