Fenômenos atmosféricos - Marcelo de Paula Corrêa

Fenômenos atmosféricos
Fundamentos de Meteorologia – EAM 10
Prof. Dr. Marcelo de Paula Corrêa
IRN/UNIFEI
• Massas de ar
• Frentes
• Ciclones tropicais
Massas de ar
• Possuem propriedades bem uniformes.
• Tais propriedades são relacionadas às características da superfície.
• T e U → equilíbrio termodinâmico → homogeneidade
• Formação por subsidência
• conseqüência do afundamento do ar troposférico superior, que se acumula à
superfície (com alta pressão) → subsidência (S).
• ao descer, o ar é comprimido adiabaticamente → massa de ar quente e
seca.
Massas de ar
• Nomenclatura
• Local de formação
•
•
•
•
Massa de ar oceânica formada na região tropical: mT
Massa de ar continental formada na região polar: cP
equatorial (E),
mT que se desloca sobre uma região + fria: mTw (estável)
tropical (T),
cP que se desloca sobre uma região + quente: cPk (instável)
polar (P)
massa ártica ou antártica (A) → menos freqüentes
• Relação com a umidade
• continental (c) → ar seco
• marítima (m) → ar úmido
• Relação com o deslocamento da massa → perda de características originais
(trocas diabáticas com a superfície / movimentos verticais).
• Se a massa é mais quente que a superfície: (w)
• Se a massa é mais fria que a superfície: (k)
Massas de ar predominantes na
América do Sul
•
Equatorial Continental (cE): forma-se basicamente sobre a Região
Amazônica, área dominada por baixas pressões. Nela predominam os
movimentos convectivos, intensificados pela convergência dos alísios de NE e
SE. Sua atuação estende-se bastante ao sul no verão, retraindo-se ao máximo
no inverno.
•
Equatorial Marítima (mE): ocorre sobre os oceanos Atlântico e Pacífico,
resultante da convergência dos alísios (ZCIT). Como tal, desloca-se
latitudinalmente ao longo do ano, atingindo latitudes de até 8°S no verão; no
inverno retorna ao Hemisfério Norte, atuando, inclusive, sobre o extremo norte
do continente sul-americano.
•
Tropical Continental (cT): associada à baixa pressão predominante sobre a
Região do Chaco, em conseqüência do grande aquecimento da superfície,
especialmente no verão. Este superaquecimento continental dá origem a uma
massa quente e seca, instável, apresentando intensa atividade convectiva, que
se estende até 3.000 m. Apesar disso, as precipitações associadas são fracas,
predominando céu pouco nublado, o que favorece ainda mais o aquecimento
diurno e o resfriamento noturno.
Massas de ar predominantes na
América do Sul
• Tropical Marítima (mT): associada aos anticiclones do
Atlântico Sul e do Pacífico Sul. Os anticiclones, à superfície,
induzem a subsidência do ar superior (quente e seco),
sobrepondo-se ao ar úmido e menos aquecido que repousa
sobre a superfície oceânica, dando origem a uma camada de
inversão situada entre 500 e 1.500 m de altitude.
verão
quente
seca
fria
úmida
Formação de Cu
de peq extensão
Pouca chuva
litorânea / orográfica
Massas de ar predominantes na
América do Sul
• Tropical Marítima (mT): associada aos Anticiclones do
Atlântico Sul e do Pacífico Sul. Os anticiclones, à superfície,
induzem a subsidência do ar superior (quente e seco),
sobrepondo-se ao ar úmido e menos aquecido que repousa
sobre a superfície oceânica, dando origem a uma camada de
inversão situada entre 500 e 1.500 m de altitude.
quente
seca
fria
úmida
inverno
deslocamento do
anticiclone
do Atlântico Sul
massa subsidente
continental (cS)
céu claro
ausência de chuvas
estação seca
Massas de ar predominantes na
América do Sul
•
Massa Polar Marítima (mP): acha-se associada aos anticiclones migratórios
que se localizam na região subantártica. Em virtude dos mecanismos de
subsidência associados, a mP é originalmente muito estável, mas, à medida que
se desloca para o norte ou para o nordeste, a inversão desaparece e a massa
passa a ser instável. Embora existam em todas as estações, são mais intensas
no inverno e por isso desempenham maior destaque sobre o continente nessa
estação, quando suas incursões atingem as baixas latitudes.
•
Massa Antártica Continental (cA): origina-se na mesma região durante todo
o ano, isto é, sobre o Continente Antártico e áreas adjacentes permanentemente
cobertas de gelo.
A mT do Pacífico exerce importante papel no tempo e no clima do Brasil, na estação do verão,
por meio de um mecanismo que a associa com a cT. Nessa estação a mT do Pacífico
transborda sobre a Cordilheira dos Andes, indo alimentar a depressão do Chaco sob a forma
de brisa de montanha. Excetuando esse fenômeno, a Cordilheira dos Andes
atua como um divisor entre as massas continentais a leste e as massas marítimas a oeste
Frentes
• Encontro entre duas massas de ar, de diferentes características →
sobreposição de massa + quente ( - densa) sobre a + fria (+ densa)
• Superfície ou zona frontal pode ser caracterizada por uma ou mais
propriedades descritas abaixo.
• Zona de fortes gradientes de temperatura, umidade, vorticidade e movimento
vertical na direção perpendicular à frente.
• Gradientes descontínuos da escala sinótica.
• Um mínimo relativo de pressão, isto é, uma "baixa"
• Um máximo relativo de vorticidade ao longo da frente.
• Uma zona de confluência ao longo da frente.
• Forte cisalhamento vertical e horizontal ao longo da frente.
• Mudanças rápidas das propriedades das nuvens e da precipitação
Frentes
• Critérios usados para localizar uma frente em uma carta de
superfície
•
•
•
•
forte mudança de temperatura em uma distância relativamente curta
variações no conteúdo de umidade
variações na direção do vento
presença de nuvens e precipitação
• Etapas de formação das ondas frontais
• origem (frontogênese)
• desenvolvimento (formação de nuvens e precipitação)
• dissipação (frontólise)
Frentes
a) Inicialmente, duas massas de ar de
temperatura e umidade diferentes se
encontram. Esse encontro é provocado
pela presença de um gradiente de pressão
que desloca uma massa na direção da
outra. Do contato entre as massas, ocorre
o aparecimento de uma frente no solo,
separando o ar frio do ar quente
b) É iniciado um processo de trocas de
propriedades, em conseqüência da
interação das duas massas de ar. Surge,
então, um pequeno distúrbio ao longo da
frente. Isto ocorre mediante uma leve
deflexão do escoamento, por
instabilidade de qualquer corrente ou
simplesmente por superposição de
fluidos, aumentando ou diminuindo a
pressão em determinado ponto ao longo
da frente
Frentes
c) O jovem ciclone continua a desenvolverse enquanto há disponibilidade de energia
potencial para converter-se em energia
cinética, aumentando a intensidade do
sistema ciclônico. A partir da ciclogênese, a
onda frontal passa a ter dois segmentos: a
zona invadida pelo ar frio, FRENTE FRIA, e
a região invadida pelo ar quente, FRENTE
QUENTE
d) Durante o desenvolvimento posterior
do ciclone, a FF se sobrepõe a FQ. Iniciase a OCLUSÃO do sistema. À medida que
a oclusão continua a ocorrer, o ar quente
é forçado a subir para níveis ainda mais
elevados, resultando na gradual
diminuição da energia potencial do
sistema, provocando o abaixamento do
centro de massa do sistema. Na prática,
a diminuição da energia potencial
significa uma conversão em cinética.
Frentes
e) O processo de oclusão prossegue e a
circulação ciclônica torna-se mais
simétrica.
f) Com a diminuição gradativa da energia
potencial e a atuação da força de atrito,
a onda frontal tende a dissipar-se,
ocorrendo a frontólise.
A frente oclusa tem pouco significado,
além de uma pequena variação do vento
à superfície. A circulação passa, então, a
ser dominada por um vórtice ciclônico
quase circular, embebido de ar frio.
Frentes
• Durante as diversas etapas de evolução do ciclone, à
medida que ocorre a conversão de energia potencial em
cinética, várias forças atuam no sistema.
• Força de Coriolis, responsável pelo sentido da circulação (antihorária no HN e horária no HS)
• Força do gradiente de pressão, encarregada de promover o
deslocamento do sistema
• Força friccional, que desempenha maior destaque junto à
superfície do solo, onde o atrito age como sumidouro de energia
cinética, "freando" o sistema em seu deslocamento e diminuindo a
intensidade dos ventos.
Frentes
• A mesma representação no HS
Frentes – formação ciclônica
Frente Fria
• Frente fria: região de transição entre massas de ar frio e quente, em
geral na superfície. Possui até 300 km de largura, uma altura de cerca
de 6 km e pode se estender por milhares de quilômetros. O
deslocamento dessa frente é na direção do ar frio para o ar quente. E
sua borda frontal apresenta tempestades.
Figuras: wikipedia
Frente Quente
• Frente quente: região de transição entre massas de ar frio e quente,
em geral na superfície. Possui até 300 km de largura, uma altura de
cerca de 6 km e pode se estender por milhares de quilômetros. O
deslocamento da frente é na direção do ar quente para o ar frio. A
borda frontal da frente quente apresenta chuvas de intensidade
moderada.
Figuras: wikipedia
Frentes
Quando se formam as ondas
frontais à superfície, o escoamento
superior começa a mudar.
O contraste máximo de
temperaturas encontra-se no limite
entre as massas de ar fria e
quente. Nesta zona, o vento
térmico será forte e estará
dominando a circulação superior
da atmosfera. Nesta zona
encontra-se a Corrente do Jato na
alta troposfera
Frentes
À medida que o ciclone se
desenvolve, o ar frio é transportado
para o sul, na parte posterior, e o ar
quente é levado para o norte. No
HS ocorre o contrário: o ar frio é
empurrado para o norte e o quente
para o sul. Observa-se que o
escoamento do ar superior também
assume a forma de onda, com uma
crista na parte dianteira do ciclone
(região de ar quente) e um cavado
à retaguarda (região de ar frio)
Quando o ciclone oclui a amplitude da onda superior diminui e, se o
contraste de temperatura é grande, forma-se uma baixa fria nos níveis
superiores, à retaguarda da baixa localizada ao nível do mar.
Frentes e formação de nuvens
FRENTE FRIA
FRENTE OCLUSA
FRENTE QUENTE
Tempestades locais severas
• Chuvaradas locais de grande intensidade, acompanhadas, em geral, de
trovões, descargas elétricas, granizos, ventos fortes, súbitas variações
de temperaturas e, ocasionalmente, tornados
• Nuvem característica: cumulonimbus (Cb).
•
•
•
•
•
A base do Cb pode se situar entre 300 e 3.000 m, dependendo da umidade relativa do ar próximo
ao solo. O topo atinge de 9.000 a 18.000 m; os mais altos localizam-se nos trópicos, ou então nas
latitudes médias durante o verão.
Ao evoluírem, podem fazê-lo localmente, ou deslocando-se a velocidades que chegam a superar
100 km/h.
Podem se localizar no interior de uma massa de ar, ao longo de uma frente ou em uma linha de
instabilidade.
Em regiões montanhosas, formações isoladas não são raras, especialmente no verão. O
desenvolvimento local está sempre condicionado a um forte gradiente térmico vertical instável,
como resultado de um aquecimento diurno intenso, que atinge maiores proporções à tarde.
Quando associadas às formações frontais, as tempestades não possuem horários preferenciais e,
embora sejam locais, seguem o sentido do deslocamento das frentes.
Cb (desenvolvimento)
• A nuvem está mais quente que o ar em
seu redor
• Correntes ascendentes são observadas
no interior da nuvem, com velocidades
máximas no topo central.
• Com o crescimento vertical da nuvem, o
topo alcança níveis em que a temperatura
acha-se abaixo da temperatura de
congelamento; apesar disso, ainda
coexistem gotículas d'água e cristais de
gelo.
• A quantidade de água pode acumularse tanto que gotículas e cristais de gelo
mais “pesados” deixam de ser suportados
pelas correntes ascendentes e começam
a cair no interior da nuvem.
Cb (estágio maduro)
• Aparecimento de correntes
descendentes
• Mudança na configuração das isotermas
no interior da nuvem
• As temperaturas tornam-se menores na
região onde as correntes descendentes
predominam
• A chuva e o gelo que caem dos níveis
superiores trazem consigo o ar frio que
avança horizontalmente junto à
superfície, como uma “cunha fria”
Formação da cunha fria
• Chuva ! Associados às
precipitações, ocorrem ventos fortes
e rajadas
• O total precipitado pode chegar a
500 mm em apenas uma hora e
podem causar enchentes ou
indundações
• Obs: Isso não é uma tromba
d’água !
Cb (estágio de dissipação)
• Cessando a provisão de água, a
chuva decresce em intensidade e a
nuvem eventualmente se dissipa
• Nos níveis mais baixos pode se
desfazer em porções irregulares
• No topo dá origem, frequentemente,
a nuvens cirriformes.
Cb
Furacões (ciclones tropicais)
Furacões
• São ciclones tropicais (muito diferentes dos ciclones extratropicais).
• Como primeira aproximação, o balanço de forças radiais presentes em
um furacão, em estado permanente, satisfaz as equações do vento
gradiente, ou seja, a força centrípeta, responsável pelo movimento
curvo em relação à superfície da Terra, é dada pela resultante entre a
força do gradiente de pressão (voltada para o centro do ciclone) e a
força de Coriolis.
• Nos furacões, existem também grandes amplitudes de temperaturas, de
cerca de 10°C, para uma distância radial de 100 km, com ventos
soprando a mais de 120 km/h (chegando até 320 km/h).
• Os furacões ocorrem nas baixas latitudes de todos os oceanos, exceto
no Atlântico Sul e Sudeste do Pacífico
Furacões
• Origem (ainda é motivo de controvérsias)
• sobre os oceanos cujas temperaturas estejam acima de 26°C.
• àcham-se em geral associados com o deslocamento de anticiclones, mas não
associados a frentes.
• atmosferas barotrópicas, de forma não regular, embora em estações
preferenciais, o que sugere circunstâncias fortuitas para suas origens.
• Observações teóricas mostram que condições de elevada umidade
atmosférica favorecem o desenvolvimento dos furacões.
• Para condições de umidade de 80% (observadas nas regiões de origem dos
furacões), uma perturbação pode duplicar sua amplitude no intervalo de
tempo de um dia, atingindo 100 km de raio.
• A passagem de um furacão associa-se sempre a uma queda violenta na
pressão atmosférica, queda esta às vezes superior a 75 mb.
• Em seu estágio de maturidade, possui intensidade máxima dos ventos,
centrifugação espiralada de nebulosidade, mínima pressão no centro e área
de tempestade que pode atingir até 500 km de raio, com ventos fortes e
chuvas intensas.
Furacões
• Condições favoráveis:
• Águas oceânicas quentes (> 26 °C) em uma camada suficientemente profunda (> 50m)
• Atmosfera que se resfrie rapidamente com a altura (instabilidade) → convecção úmida
(liberação do calor armazenado nas águas para o interior do ciclone)
• Camadas relativamente úmidas perto da média troposfera (5km).
• Distância mínima de pelo menos 500km da linha do Equador → Coriolis
• Um distúrbio pré-existente próximo à superfíce com vorticidade e convergência
suficientes → Não se desenvolvem espontaneamente, pois necessitam de um sistema
levemente organizado com rotação considerável e influxo nos baixos níveis.
• Valores baixos de cisalhamento vertical de vento entre a superfície e a alta troposfera.
Furacões
• Denominação em diferentes regiões do globo
• furacão - Atlântico Norte, Pacífico Nordeste a leste da linha
internacional da data e no Pacífico Sul a leste da longitude 160°E;
• tufão - Pacífico Noroeste a oeste da linha internacional da data;
• ciclone tropical severo - Pacífico Sudoeste a oeste da longitude
160°E e no Oceano Índico Sudeste a leste da longitude 90°E;
• tempestade ciclônica severa - Índico Norte;
• ciclone tropical - Índico Sudoeste.
• Velocidades observadas
• depressões tropicais: máx. 17 m/s;
• tempestade tropical: 18 e 32 m/s
• furacões, tufões: > 33 m/s
O olho corresponde à região de pressão de superfície mínima e de maiores
temperaturas nos níveis mais altos: 10°C mais quente do que o ambiente a 12
km de altitude, mas apenas 2°C no máximo mais quente ao nível de superfície.
Seu tamanho varia de 8 a 200km de diâmetro, mas em média temos ciclones
tropicais com diâmetro de olho em torno de 30 a 60km.
Áreas de ocorrências de furacões,
tufões e ciclones
Escala Saffir-Simpson
Categoria
Ventos (km/h)
Altura* (m)
Pressão (hPa)
Tempestade Tropical
56 – 117
1
119 – 153
1,2 – 1,6
< 980
2
154 – 177
1,7 – 2,5
965 – 979
3
178 – 210
2,6 – 3,8
945 – 964
4
211 – 249
3,9 – 5,5
920 – 944
5
> 249
> 5,5
< 920
* nível do mar
Estatísticas de furacões
• 5 Most Intense Measured Atlantic Hurricanes:
• Hurricane Gilbert (1988)
• low pressure of 888 millibars, high winds of 299 kilometres per hour
• Hurricane Mitch (1998)
• low pressure of 905 millibars, high winds of 287 kilometres per hour
• Hurricane Hugo (1989)
• low pressure of 918 millibars, high winds of 260 kilometres per hour
• Hurricane Andrew (1992)
• low pressure of 922 millibars, high winds of 250 kilometres per hour
• Hurricane Camille (1969)
• low pressure of 964 millibars, high winds (estimate) of 320 kilometres per hour
Por que não há furacões no HS ?
• Temperatura da superfície do mar mais baixa
• Cisalhamento troposférico do vento (entre a superfície e
200mb) sempre intenso
• Não há ITCZ no Atlântico Sul → Não há condições sinóticas
de vorticidade
Tornados
•
Fenômenos meteorológicos mais violentos → alta concentração de energia em
dimensões espaciais relativamente pequenas.
•
Tem formato de funil, com diâmetros de centenas de metros e produzidos por
uma única tempestade convectiva.
•
Próximo ao solo, rajadas de vento erguem grandes quantidades de poeiras,
folhas ou outros objetos, identificando a presença de fortes vórtices.
•
Os tornados são fenômenos primariamente continentais, de modo que o
aquecimento solar sobre o continente usualmente contribui favoravelmente para
o desenvolvimento da tempestade que dá início ao tornado
•
No entanto também ocorrem sobre superfície líquida → trombas-d'água
•
Os ventos podem alcançar mais de 350 km/h
Escala Fujita
Velocidade
dos ventos (km/h)
Largura
da trilha (m)
Comprimento
da trilha (km)
Danos provocados
F0
65-115
3-20
0-2
Leves
F1
115-180
10-100
1-5
Moderados
F2
180-250
50-500
2-20
Fortes
F3
250-330
100-1000
5-60
Severos
F4
330-420
200-2000
10-150
Devastadores
F5
420-530
250-5000
10-500
Devastadores
A largura e o comprimento das trilhas não necessáriamente estão dentro dos valores indicados na tabela,
pois estes podem sofrer variações em função das particularidades do local de ocorrência do fenômeno.
Fonte: wikipedia
Tornados
Áreas de ocorrências de tornados