Apresentação do PowerPoint

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Meteorologia Sinótica
Conceitos Gerais. Movimentos Atmosféricos (Aspectos
Físicos e Observações)
Revisão de Conceitos Básicos
Forças Fundamentais
Sistema de Equações Atmosféricas (noções matemática)
Ventos Teóricos
Geostrófico, Gradiente, Ciclostrófico, térmico
Variação vertical do vento
Ventos Observados
Ventos locais
Ventos Globais
Estrutura de Altas e Baixas Pressões
Movimentos Atmosféricos
Geração
Transformação
Destruição
Atmosfera
Energia
Cinética
Energia
Potencial
Atmosfera
Fonte de
Calor
Sol
Calor
Movimentos
Atmosféricos
Movimentos
Atmosféricos
Circulação
Atmosférica
Movimentos Atmosféricos
Medidos; Eficientes
transportadores de Calor,
Massa e Momentum
Componente Horizontal
z
y
Ventos
Componente Vertical
Freqüentemente estimados, são
importantes para formação de
nuvens e chuvas
x
Conceitos Básicos
Velocidade
Angular
Taxa de giro de um sistema em torno de um
ponto de referência. No caso da Terra:
S
___
=V
t
e

___
=
t
Como S = r ,
V =  r
Raio da
terra
Velocidade Linear
Velocidade Angular da terra
 ~ 7,3x 10-5 rad/s
Conceitos Básicos
Força
Centrípeta
Para um corpo deslocar-se em trajetória curva
(mudando a direção) e mantendo constante o
módulo do vetor velocidade, alguma torça deverá
estar continuamente atuando sobre o mesmo, para
modificar a direção do vetor velocidade.
Admitindo V1 = V2 = V (em módulo)
a t = V 
a
 ___
___
=
V
t

Como ___
=  , Sinal negativo, a é
t
dirigido p/ o centro O
a=V=
Aceleração
da Partícula
2
V2
___
V=
r
a = - 2 r
Na forma Vetorial
Primeira lei de Newton, um corpo em movimento continuará em movimento, com
velocidade constante, a menos que uma força resultante externa atue sobre ele.
Conceitos Básicos
Conservação O momento angular de um sistema
do Momento permanece constante, a menos que seja
Angular
aplicado um torque externo a esse sistema
Considerando uma partícula
em movimento circular com
V cte
L= r
x
m V = r . mV . sen(90°) j
Tomando-de o módulo de L por unidade de massa
L = r V=  r2
Pela lei da conservação
do momento angular
A força centrípeta é única força responsável por
esse movimento circular (velocidade cte em
módulo), é dirigida para a origem e não
imprime torque à partícula
r aumenta, V diminui
( r V ) é Cte
r diminui, V aumenta
Conceitos Básicos
Experiência, pessoa girando uma pedra presa a um fio que se enrola
com o tempo...
t=1
V2
t=2
t=3
V3
V1
Pela lei da conservação
do momento angular
r aumenta, V diminui
( r V ) é Cte
r diminui, V aumenta
Conceitos Básicos
Conservação No caso da Terra, parcelas de ar giram em
do Momento eixos perpendiculares ao eixo de rotação
Raio da Terra
Angular
Latitude
L =  Rt2 cos2 ()
Exemplo 1:
Parcela no Equador, em repouso em relação
a superfície da Terra
V =  Rt
Exemplo 2:
Se essa parcela é forçada a se deslocar até 60N,
pela lei da conservação do momento angular:
V´ = V / cos()
V´ = V / cos(60)
V´ = 2V
parcela, inicialmente em repouso no equador, terá uma velocidade na direção
oeste-leste (em relação à Terra) cada vez maior, ao se desloca em direção aos pólos
FORÇAS FUNDAMENTAIS QUE ATUAM
NA ATMOSFERA
Segunda lei
de Newton
Taxa de variação do "momentum" (quantidade de
movimento) de um sistema é igual à soma de
todas as forças que nele atuam
Forças preponderantes na atmosfera
 gravitacional
 devida ao gradiente de pressão
Referencial
inercial
(estrelas fixas)
 fricção
Considerando a rotação da Terra:
 coriolis
 força centrífuga
Referencial não-inercial (forças
"aparentes" devem ser adicionadas para que a
segunda lei de Newton possa a ser aplicada )
FORÇAS FUNDAMENTAIS QUE ATUAM
NA ATMOSFERA
Gravitacional Força de atração exercida pela Terra sobre um
corpo de massa m sobre a superfície. Orientada
p/ o centro da Terra.
Centrífuga
Surge exclusivamente devido a rotação da Terra,
para equilibrar o sistema.
Coriolis
Ocorre quando um corpo se movimenta em
relação a um referencial não inercial (Terra em
rotação).
Gradiente de
Pressão
Existe devido a diferença de pressão. Orientada
das altas pressões paras as baixas pressões
(contrário do gradiente)
Fricção
Devido a “rugosidade” da Terra. Atua no sentido
de frear os movimentos atmosféricos próximo a
superfíie da Terra.
Sistema de Equações Atmosféricas
Movimentos Atmosféricos governados por 3
princípios básicos: Conservação de massa,
momentum e energia
Equação do Movimento (momentum)

  1
dV
 2xV  p  g *  Fr
dt

Equação da Continuidade (massa)


1 ddp

 .V  0
 dt
Equação da Energia Termodinâmica
cv
dT
d
 cp
 q
dt
dt
* Força Centrípeta combinada com a gravitacional
(energia)
Equação do Movimento
Conservação de momentum
Aceleração
do
movimento

  1
dV
*
 2xV  p  g  Fr
dt

Gravidade
Coriolis

k
Vz

j
Gradiente
Pressão




V  Vx i  V y j  V z k

V
Vy
Vx

i
* Força Centrípeta combinada com a gravitacional
Fricção
Análise de Escala
Parâmetros típicos de Escala sinótica
Sinótica
Componente X
Componente Y
U ~ 10 ms-1
p/ ~ 103 ms-2
W ~ 10-2 ms-1
L/U ~ 105s
L ~ 106 m
a ~ 107m
D ~ 104 m
fo ~ 10-4
A
B
C
D
E
F
du -2vsen + 2wcos + uw - uvtg = -1p
dt
a
a
x
+ vw - u2tg = -1p
a
a
y
dv -2usen
dt
U2
foU
foW
UW
10-4
10-3
10-6
10-8
U2
10-5
p
10-3
Vento Geostrófico
Aproximação Balanço entre a força de coriolis e do
Geostrófica gradiente de pressão
Baixa
Fp
Vg
Fco
HN
Alta
Holton (1979)
• Vento gira paralelo as isóbaras ou isoípsas (igual
geopotencial) deixando valores mais altos a esquerda (HS)
• Aproximação geostrófica em latitudes média permite estimar
vento com erro de 10 a 15%
• Não tem aplicação prática na Região Tropical
Vento Gradiente
Aproximação Balanço entre a força de coriolis e do
gradiente de pressão e centrífuga
Gradiente
Fp
B
HN
Fco
Fce
Fco
A
Fp
Fco
Equador
• Torna-se mais fraco próximo ao centro de Alta pressão
• Melhor aproximação do vento em regiões tropicais (ex:
Ciclones tropicais)
Vento Ciclostrófico
Aproximação Balanço entre a força gradiente de pressão
Ciclostrófica e centrífuga
Fp
B
HN
Fco
Fce
Equador
• caso particular do vento gradiente (Coriolis é desprezada em
relação ao gradiente de pressão).
• escoamento atmosférico curvo com escala horizontal pequena
(Ex: tornados – raio ~300m e ventos fortes ~ 30m/s = 108Km/h)
• Só pode ocorrer em torno de uma BAIXA PRESSÃO
• Em pequenos vórtices (redemoinhos) coriolis não é importante
Vento Térmico
VT = Vg1 – Vg2
Diferença entre o vento geostrófico de dois
níveis de pressão (superior (1) – inferior (2))
Z2 (1000 hPa)
0
100
200
300
400
500
600
Z1 (500 hPa)
5.300
5.400
5.500
5.600
5.700
-Vg2
Vg1
VT
Vg2
5.800
5.500 5.400 5.300 5.200 5.100 5.000 4.900
Espessura entre 1000 e 500 hPa
• Sopra paralelo as isotermas (isolinhas de espessura)
• Somente existe se houver um gradiente horizontal de temperatura
• Tem a mesma direção das isolinhas de espessura (1000-500)
• Deixa AR FRIO a DIREITA e AR QUENTE a ESQUERDA - HS
Variação do vento com a Altura
Conhecendo campo de temperatura e vento
Vg1 = VT + Vg2
numa superfície mais baixa (p2) posso
estimar Vg1 na superfície mais alta
Advecção Quente
Situação 1
Situação 2
0 +1
0
0
0 +1
T0 +2
VT
VT
T0 +1
Vg2
Vg1
T0 +4
T0 +2
Vg2
Vg1
T0
T0
• Advecção Quente (fria): ângulo entre Vg2 e Vg1 sofreu uma
variação anti-horária (horária) no HS. Inverso no HN.
• Advecção fria: temperatura da camada diminui rapidamente c/
altura, gerando instabilidade
• Advecção Quente: temperatura aumenta c/ altura, estabilidade
Exemplos
Ar Quente
VT
Vento Gradiente
VT
VT
Vento Geostrófico
Ar Frio
VT
VT
Exemplos
Vento Geostrófico
Vento Gradiente
Exemplos
Giro horário: advecção fria
Vg1
Vg2
Vg2
Vg1
Giro anti-horário: advecção quente
Equação da Continuidade
Conservação de massa
Variação da
pressão com
o tempo

d
1 dp

 .V  0
 dt
Termo de
Divergência
Redução da
densidade
(aquecimento ou
redução pressão)
d/dt < 0
Convergência de
massa
. V < 0
 é constante*
Sem
convergência ou
divergência
Aumento da
densidade
(resfriamento ou
aumento da pressão)
d/dt < 0
* Considerando o ar incompressível (  é constante)
Divergência de
massa
. V > 0
Exemplos ETA
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