Circulação geral da atmosfera II

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Departamento de Geografia - Universidade de São Paulo
FLG253 - Climatologia I
Prof. Responsável: José Roberto Tarifa
UNIDADE V - Circulação geral da atmosfera. Noção de ritmo e tipos de tempo. Seqüência de tipos de tempo. Sondagens da atmosfera superior. O sistema meteorológico mundial. Trabalho prático: nefanálise (SMS 1, infravermelho), circulação da baixa, média e alta troposfera na América do Sul.
Circulação geral da atmosfera
Sendo positivos na zona intertropical e negativos nas regiões polares, os balanços de energia (ou de radiação) são responsáveis pela transferência da energia que tende a restabelecer o equilíbrio entre essas duas faixas do globo. Os movimentos atmosféricos que daí resultam constituem o que se denomina circulação geral.
O entendimento desse fenômeno permite encontrar respostas para as seguintes questões:
1.Como se efetua o transporte de energia?
2.Como se mantêm a circulação geral?
3.Quais os fatores responsáveis pelas variações sazonais, semanais ou diárias?
4.Como explicar as variações de um ano para outro?
Antigamente acreditava-se que o aquecimento das massas de ar equatoriais constituíam o motor fundamental da circulação. No século XVII o estudioso inglês Halley expôs suas idéias, segundo as quais haveria na zona equatorial uma gigantesca faixa de ar ascendente continuamente alimentada pelos alíseos e, em altitude, um movimento de compensação, constituído pelos contra-alíseos (Figura 1) que fechariam o circuito.
Como, na realidade, os alíseos não procedem do Polo e suas trajetórias não são rigorosamente meridianas, foi necessário modificar esse esquema.
O astrônomo inglês Halley assinalou a influência da rotação da Terra e, portanto, da força de Coriolis, demonstrando que os alíseos têm uma trajetória basicamente de nordeste no Hemisfério Norte e de sudeste no Hemisfério Sul. Os contra-alíseos, por sua vez, não atingiriam o Polo, apenas as latitudes tropicais ou subtropicais onde se daria a descida do ar para formar as grandes células de alta pressão. Isso significa que o circuito se limitaria à faixa intertropical, não sendo, portanto, uma explicação inteiramente completa. 
 
Figura 1. Esquema proposto por Halley contra-alíseo 
 (
 + -
 (
 alíseo
 
 Equador Polo
A partir de fins do século XIX, outros meteorologistas, notadamente o francês Dedebant e o alemão Wehrle, procuraram chamar a atenção para o caráter dominantemente zonal da circulação geral e a importância dos fenômenos dinâmicos.
O rápido progresso do conhecimento sobre a alta troposfera mostraram a importância do fluxo zonal. A partir de então, não se admitiu mais os ventos como sendo simplesmente tributários dos centros de ação, mas como resultado de um ajustamento recíproco entre a força do gradiente e o desvio de Coriolis (Figura 2).
Figura 2 - Trajetória do vento (Hemisfério Sul)
 Altas pressões
 Vento resultante
 Baixas pressões Isóbara
 
Partindo dessa constatação (interação entre os fluxos e os centros de ação) que o climatólogo sueco Rossby propôs o esquema tricelular da circulação geral.
No Hemisfério Norte as linhas gerais da circulação seriam as seguintes:
Nas baixas latitudes dominariam, em superfície, os fluxos de leste ou de nordeste dos alíseos que deixariam as baixas pressões equatoriais à sua esquerda e as altas pressões subtropicais à sua direita;
Situação equivalente encontrar-se-ia nas altas latitudes onde os ventos do nordeste deslocar-se-iam entre os anticiclones frios polares situados à sua direita e as baixas pressões das latitudes médias, à esquerda;
Nas latitudes médias a circulação seria movida por fatores puramente dinâmicos. Haveria o fluxo de oeste deixando à sua esquerda as baixas pressões das latitudes médias e à sua direita as altas pressões subtropicais (Figura 3).
Figura 3 - Esquema tricelular de Rossby
 Equador
 -
 - +
 
 + 
 Polo Sul
Posteriormente, o sábio alemão Defant expôs a teoria das trocas por turbulência, segundo a qual a transferência da energia não resultaria de grandes circuitos meridianos mas de poderosos movimentos de turbulências que se verificariam, sobretudo, nas zonas temperadas.
Essas turbulências são grandes movimentos turbilhonares que têm uma trajetória geral dirigida para leste. Para entendê-la é preciso fazer um apelo ao princípio da inércia e ao da conservação de turbilhão (vorticidade) absoluto.
A Terra é animada de um movimento de rotação de Oeste, possuindo, portanto uma velocidade de rotação em torno da vertical, que é máxima nos pólos e nula no equador. Cada ponto da Terra tem, portanto, seu turbilhão local, que é proporcional ao seno da latitude. Se designarmos por F o turbilhão na Terra nos pólos, e por @ a latitude e por f o turbilhão local, poder-se-á enunciar:
F = f .sen@
f = 2.A.V (onde A é a velocidade angular do vento em trono do eixo de rotação e V a velocidade horizontal do vento) 
Uma coluna de ar que seja originária dos pólos e que esteja se deslocando para baixas latitudes sem sofrer deformações apreciáveis irá conservar sua velocidade inicial, apresentando, portanto, um turbilhão absoluto sempre superior ao turbilhão local. A diferença denominada turbilhão relativo, será portanto, positiva e determina uma inflexão para Oeste da coluna de ar. Isso ocorre porque do lado Oeste do turbilhão a força de rotação e a força de translação se somam, ao passo que no lado leste essas mesmas forças se contrapõe. O inverso ocorre com uma coluna de ar de origem equatorial (Figura 4).
Figura 4
(a)Coluna de ar de origem (b)Coluna de ar de origem
 polar (Hemisfério Sul) equatorial (Hemisfério Sul)
Massa de ar. Sistema atmosférico. Noção de ritmo e tipos de tempo. Seqüências de tipos de tempo.
Massa de ar é um grande volume atmosférico caracterizado por uma relativa homogeneidade de conjunto no plano horizontal. No interior de uma massa de ar podem ocorrer variações. A massa de ar é móvel, sem forma definida e em constante evolução. Caracteriza-se por seu lugar de origem e sua trajetória, etc. As principais massas de ar são as massas tropicais (Tm ou Tc), polares (Pm ou Pc) e árticas (Am ou Ac), sendo que m = marítima e c = continental. Modernamente existe uma tendência os climatólogos de substituírem a palavra “massa de ar” por “sistemas e subsistemas atmosféricos”. Esse conceito de sistema e subsistema tem a vantagem de permitir um desdobramento em unidades menores, e enquadra melhor, por exemplo, os sistemas frontais, ou mesmo as descontinuidades ou perturbações, tão freqüentes, e que não se ajustam bem ao conceito de “massas de ar”. Entre as massas de ar, existem “superfícies”de descontinuidade.
A linha de intersecção destas superfícies, com temperatura, ponto de orvalho, densidade e direção do vento contrárias, se constituem nas chamadas frentes. Pode-se admitir, também a existência de frentes ou calhas de altitude.
Tempo corresponde a um estado atmosférico que resulta da combinação de vários elementos climáticos. Quando esses estados atmosféricos específicos reaparecem sobre uma região em intervalos mais ou menos regulares constituem os tipos de tempo, passíveis de tratamento estatístico. Pode-se, portanto, descrever os aspectos climáticos de uma região mais ou menos vasta, respeitando os elos que unem os elementos constituintes do tempo.
Assim se faz Climatologia Sinótica, que considera o complexo atmosférico e baseia-se nas cartas sinóticas, com a respectiva identificação dos tipos de tempo.
A partir da escala diária é possível associar à variação dos elementos do clima, os tipos de tempo, que se sucedem segundo os mecanismos da circulação regional. O ritmo climático só poderá ser compreendido através da representação concomitante do elementos fundamentais do Clima em unidade de tempo cronológico pelo menos diárias, compatíveis com a circulação atmosférica regional, geradora dos estados atmosféricos que se sucedem e constituem o fundamento do ritmo.
Sondagens da atmosfera superior
As primeiras observações da atmosfera superior foram feitas através de balões-sonda munidos de aparelhos registradores para investigar a atmosfera superior, e a partir dessa data o uso desse instrumento torna-se cada vez mais freqüente. Em 1912, um balão-sonda lançado em Pávia, Itália, atingiu a altitude fantástica, para a época, de 37.700 metros.
Em 1927, experimentou-se, pela primeira vez, as rádio sondagens capazes de transmitir automaticamente dados das observações. Em 1934, o Prof. Augusto Piccard elevou-se em uma cabine a 17.550 metros. No ano seguinte, os norte-americanos Stevens e Anderson realizaram uma ascensão até 22.066 metros.
Desde o evento dos satélites meteorológicos, em 1966, o uso das imagens captadas por esses instrumentos tem ajudado a definir as características da nebulosidade e sua associação com as estruturas dinâmicas e termodinâmicas da atmosfera. Já existe, no Brasil, no Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE), São José dos Campos, uma coleção de imagens coletadas por satélites meteorológicos nas faixas do visível e infravermelho, em diversos horários, desde 1969.
Essas imagens foram transmitidas pelos satélites Essa II, Essa VI, Essa VIII, Nimbus III, Nimbus V, Itos I, Ats II, Noaa II, Noaa III, Noaa V e SMS 1.
A representação gráfica das sondagens verticais da atmosfera é feita através dos diagramas adiabáticos (Stuve, Pseudo-Adiabático, Skew T log P, Tefigrama, etc.) nos quais figuram basicamente, temperatura seca e temperatura de ponto de orvalho, para os vários níveis da troposfera (1000, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200, 100 mb). Essa representação da temperatura em função da pressão (ou altitude ou níveis de altura) se constitui na curva de estado. Até 1949, era construída sobre um sistema de coordenadas cartesianas clássicas, porém após essa data passou-se a utilizar um sistema de coordenadas oblíquas. A análise desses diagramas permite identificar inversões térmicas, superposições de massas de ar e frentes de altitude, além de vários outros indicadores meteorológicos.
Sistema Meteorológico Mundial
O aumento do interesse pela meteorologia a partir do século XIX, fez com que se realizassem importantes conferências internacionais. Em 1873, realizou-se em Viena, o primeiro Congresso Meteorológico Internacional, o qual deu origem à Organização Meteorológica Mundial (WMO, OMM), que em 1951, tornou-se a atual Organização Meteorológica que congrega e centraliza toda a previsão e pesquisa a nível do globo.
Os esforços internacionais realizados nos últimos cem anos, resultaram na criação de um sistema mundial muito eficaz de observação e controle da atmosfera. Esse sistema, que se denomina Vigilância Meteorológica Mundial (VMM) compreende cerca de 8.500 estações terrestres, 5.500 navios mercantes, numerosos aviões (cerca de 3.000) vários navios meteorológicos oceânicos de caráter especial e um número crescente de estações meteorológicas automáticas além de satélites meteorológicos. A Suécia foi o primeiro país a colocar em funcionamento um sistema meteorológico inteiramente automático a partir de 1969.
As observações de que se necessitam de caráter internacional são intercambiadas em um prazo de poucas horas mediante um complexo sistema de telecomunicação mundial. A partir de 1967, a Organização Meteorológica Mundial estabeleceu o Controle Mundial do Tempo, com três centros meteorológicos mundiais: Washington, Moscou e Melbourne, onde as informações são elaboradas e transmitidas para todo o mundo sob a forma de mapas meteorológicos em quatro horários: 00,00 - 6,00 - 12,00 - 18,00 horas GTM (Horário segundo Greenwich).