Aula_3a-A_agua_na_atmosfera

A “água” na Atmosfera
1
A “ÁGUA” na Atmosfera
–A Importância da água
–Formas de quantificar o vapor
–Saturação
–Orvalho, Geada e Nevoeiro
–Nuvens e Precipitação
2
INTRODUÇÃO
– Importância da Água
– Fases da água e mudanças de fase
– O Ciclo Hidrológico
3
4
O átomo de hidrogênio parcialmente exposto de uma molécula
é atraído pelo átomo de oxigênio negativo de outra molécula.
Como os átomos de cada molécula de água são separados por um
ângulo de 105°, a união de vários bilhões de moléculas produzem um
cristal de gelo de forma hexagonal. Na atmosfera, muitos cristais de
gelo podem se juntar para formar um floco de neve.
5
O CICLO HIDROLÓGICO
6
FORMAS DE QUANTIFICAR O
VAPOR D’ÁGUA NA ATMOSFERA
– Umidade Absoluta
– Umidade Específica
– Razão de Mistura
– Saturação
– Pressão de Vapor
– Pressão de Saturação
– Umidade Relativa
7
O conteúdo de vapor d’água, ou umidade, dentro de uma
parcela de ar pode ser expresso de diversas maneiras.
8
UMIDADE ABSOLUTA ( = mv / V )
Com a mesma quantidade de vapor d’água em uma parcela,
um aumento no volume diminui a umidade absoluta,
enquanto que um decréscimo no volume aumenta a
umidade absoluta
9
UMIDADE ESPECÍFICA ( = mv / m )
A umidade específica não se altera para
uma parcela de ar que sobe ou desce sem
se misturar com seu “ambiente”
10
RAZÃO DE MISTURA DE VAPOR
( = mv / md )
Razão entre a massa de vapor em uma
parcela de ar, (dividida) e a massa de ar
“seco” (todos os outros gases, menos o
vapor)
Na atmosfera a razão de mistura de
vapor e a umidade específica são
aproximadamente iguais
11
“SATURAÇÃO”
Em ambos recipientes a água está evaporando e condensando
constantemente. No caso do recipiente “A” mais moléculas de água
estão evaporando do que condensando. Quando a evaporação e a
condensação estão em balanço (recipiente “B”), o ar acima do
liquido está “saturado”. O grau de saturação (representado, por
exemplo, pela massa de vapor ou pela pressão parcial de vapor)
12
só depende da temperatura do ar.
PRESSÃO DE VAPOR DE SATURAÇÃO PARA VÁRIAS
TEMPERATURAS
13
RAZÃO DE MISTURA DE SATURAÇÃO
PARA VÁRIAS TEMPERATURAS
14
UMIDADE RELATIVA
Razão (em porcentagem) entre a “massa de vapor
d’ água existente no ar, dividida pela massa de
vapor de saturação aquela temperatura”
ou
Razão (em porcentagem) entre a “pressão parcial
de vapor d’ água existente no ar, dividida pela
pressão parcial de saturação aquela temperatura”
mv
e
UR 
100% ou UR  100%
ms
es
COMO PODE VARIAR A UMIDADE
RELATIVA?
A umidade relativa do ar muda se:
a) A quantidade de vapor mudar
b) A temperatura do ar mudar
16
VARIAÇÃO DIURNA DA TEMPERATURA E
DA UMIDADE RELATIVA (quando não há
mudança na quantidade de vapor na atmosfera)
Quando o ar é frio (pela manhã), a umidade relativa é alta.
Quando o ar está quente (à tarde) a umidade relativa é
baixa. Essas condições acontecem quando o tempo está
17
bom e o ar está com ventos bem fracos ou constantes.
UMIDADE ESPECÍFICA PRÓXIMA À
SUPERFÍCIE (media anual)
18
UMIDADE ESPECÍFICA
MÉDIA ANUAL PARA CADA LATITUDE
Os maiores valores médios são observados na região
19
tropical e os mais baixos valores nas regiões polares
UMIDADE RELATIVA
MÉDIA ANUAL PARA CADA LATITUDE
Nas regiões tropicais e polares a umidade relativa é alta.
20
Nas regiões sub-tropicais é baixa.
INSTRUMENTOS PARA “MEDIR” A
UMIDADE RELATIVA
PSICRÔMETRO
(TERMOMETRO DE BULBO SECO E
TERMOMETRO DE BULBO UMIDO)
21
HIGRÓGRAFO de cabelo
.
.
.
.
.
.
.
.
.
22
Orvalho, Geada e
Nevoeiros
TEMPERATURA DO PONTO DE
ORVALHO:
“temperatura que uma parcela de ar
deve ser resfriada até se tornar
saturada”
23
FORMAÇÃO DO ORVALHO
O orvalho se forma em noites sem claras (sem nuvens) e calmas
(sem ventos) quando os objetos na superfície (e o ar em contato
com eles) se esfria até uma temperatura abaixo da temperatura do
ponto de orvalho. Se a temperatura do ponto de orvalho for menor
que 0°C, ou se o ar continua esfriando abaixo dessa temperatura,
24
se forma a geada.
Em alguns lugares da Terra o orvalho é
primordial para a sobrevivência
(animal e vegetal)
25
NUCLEOS DE CONDENSAÇÃO
A atmosfera contém partículas sólidas (“aerossóis”) e
boa parte deles se comportam como “ núcleos de
condensação”, onde o vapor d’ água tem maior
facilidade de se condensar.
(às vezes até quando a UR um pouco abaixo de 100%)
26
TAMANHOS CARACTERÍSTICOS E CONCENTRAÇÕES
DE NUCLEOS DE CONDENSAÇÃO E GOTÍCULAS DE
NUVENS
27
EXEMPLOS DE FORMAÇÃO DE NEVOEIROS
A umidade relativa alta do ar frio sobre um lago pode causar a
formação de uma bruma (gotículas de ar em suspensão) em uma
28
manhã de primavera calma;
EXEMPLOS DE FORMAÇÃO DE NEVOEIROS
“NEVOEIRO de RADIAÇÃO” no fundo de vales
(em noites sem nuvens e sem ventos)
29
EXEMPLOS DE FORMAÇÃO DE NEVOEIROS
“NEVOEIRO de ADVECÇÃO”
Ocorre quando uma massa de ar quente e úmida se mistura com ar
30
frio e seco
EXEMPLOS DE MISTURA DE AR COM
DIFERENTES PROPRIEDADES FORMANDO
NEVOEIRO
.
.
.
31
NUVENS e PRECIPITAÇÃO
–
–
–
–
–
Processo de Formação de Nuvens
Tipos e Classificação de Nuvens
Tipos de precipitação
Processos de formação da precipitação
Instrumentos de medidas de precipitação
32
PRINCIPAL MECANISMO DE FORMAÇÃO DE
NUVENS CONVECTIVAS (CUMULUS)
As nuvens convectivas
(do tipo cumulus) se
forma quando “bolhas”
invisíveis (térmicas) de
ar quente flutuam a
partir da superfície, e
sobem esfriando até
atingir um “nível de
condensação”.
Abaixo e dentro nas
nuvens o ar sobe.
Ao redor, o ar desce.
33
TAXA de ESFRIAMENTO (↑) ou AQUECIMENTO (↓)
de UMA PARCELA DE AR EM MOVIMENTO VERTICAL
NA ATMOSFERA
“LAPSE-RATE” adiabático seco:
Quando ar sobe, se expande e esfria a uma taxa de 10°C por Km.
34
Quando o ar desce, se comprime e aquece a uma taxa de 10°C por Km.
A altura do “nível de condensação” (NC), que é a altura da base
das nuvens convectivas depende da temperatura e da quantidade
de vapor:
- quanto mais quente o ar, mais alta é o NC;
- quanto mais úmido o ar, mais baixo é NC.
H NC
Longe
 T  Td 

 em Km
 8 
Perto do litoral
Próximo ao litoral, onde o ar é úmido, as bases das nuvens convectivas
são mais baixas que em regiões mais internas ao continente.35
OUTROS FORMAS DE ASCENSÃO DO AR
QUE PODEM PROVOCAR A FORMAÇÃO DE NUVENS
Ascensão forçada sobre barreiras
.
topográficas
.
.
.
Convergência do ar em superfície Ascensão forçada ao longo de
frentes
36
ASCENSÃO OROGRÁFICA, DESENVOLVIMENTO DE
NUVENS E “SOMBRA DE CHUVA” (RAIN SHADOW)
barlavento
sotavento
Regiões a sotavento de cadeias montanhosas
são mais áridas que as área a barlavento
37
Cadeias de montanhas pode também provocar a formação de
“nuvens lenticulares”
.
.
.
.
38
OS QUATRO GRUPOS PRINCIPAIS
DE NUVENS E SEUS TIPOS
Nuvens altas
Nuvens baixas
Nuvens médias
Nuvens com
desenvolvimento vertical
http://www.inmet.gov.br/html/informacoes/sobre_
39
meteorologia/atlas_nuvens/atlas_nuvens.html
Ilustração dos tipos básicos de nuvens, baseado na altura acima da
40
superfície e no desenvolvimento vertical
ALTURA APROXIMADA DAS BASES DAS NUVENS
ACIMA DA SUPERFÍCIE PARA VÁRIAS REGIÕES
41
NUVENS ALTAS
cirrus
cirrostratus
cirrus spissatus cumulogenitus
cirrocumulus
NUVENS MEDIAS
altostratus
altocumulus
NUVENS BAIXAS
cumulus
stratus
stratocumulus
NUVENS COM DESENVOLVIMENTO VERTICAL
cumulonimbus
Cumulus congestus
PRECIPITAÇÃO
–Tipos
–Formação
–Instrumentos de medidas
46
O que diferencia uma “gotícula” de nuvem e uma “gota” de chuva?
Velocidade terminal
tamanho relativo
47
Processos de transformação (crescimento) de
gotículas de nuvem em gotas de chuva
Uma gotícula de nuvem subindo e descendo em uma nuvem
cumulus pode crescer por colisão e coalescência e acabar caindo
48
através da base da nuvem como ma grande gota de chuva
Em nuvens cumulonimbus a chuva se forma pela interação
entre as gotículas de água da nuvem e cristais de gelo
49
CRISTAIS DE GELO
FORMAS BÁSICAS
Formas de cristais de gelo
que se formam nas diversas temperaturas
50
FORMAS DE PRECIPITAÇÃO QUE CHEGAM NA SUPERFÍCIE,
EM FUNÇÃO DO PERFIL VERTICAL DE TEMPERATURA
51
PROCESSO DE FORMAÇÃO DO GRANIZO (hail)
Fortes correntes ascendentes nos cumulunimbus mantém as
partículas de gelo suspensas dentro da nuvem. As partículas de
gelo colidem com gotículas de água super-resfriadas, que se
congelam em contato com o gelo. Subindo e descendo varias
vezes, as partículas de gelo vão crescendo até se tornarem
pesadas e grandes o suficiente para atingir o solo como granizo.
52
ESTIMATIVA DE PRECIPITAÇÃO OBSERVADA
Pluviômetros
PLUVIÔMETRO
54
PLUVIOGRAFO AUTOMÁTICO
Cada vez que o vaso basculante é enchido com uma certa
55
quantidade de chuva, ele manda um sinal elétrico ao registrador.
RADAR METEOROLÓGICO
56
ALGUMAS LIMITAÇÕES DO RADAR METEOROLÓGICO
SATELITES