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FLG 0355 – Climatologia II
Disciplina Ministrada pelo Prof. Dr. Ricardo
– Os Ventos –
1 – Introdução
O presente resumo de aula visa explanar a formação e atuação dos ventos,
bem como a Física do fenômeno e sua importância na visão geográfica.
Apresentam-se, para cumprir esta meta, as forças atuantes, as descrições dos
ventos e alguns conceitos importantes que podem ser aplicados em diversas áreas de
atuação do geógrafo.
2 – Os Ventos
Os ventos são o ar em movimento devido a ajustes atmosféricos causados
pela variação da pressão. Como um fluido, o ar deve se comportar de maneira
equilibrada, sem regiões de “vazios”. Desta forma, nas áreas onde temos baixa
pressão, o ar tende a escoar para seu interior, objetivando compensar a menor
quantidade de massa. As regiões de alta pressão é que cederão o excesso de massa
para formar o equilíbrio (Fig.1).
Fig.1: No exemplo (a) as duas cidades possuem a mesma pressão atmosférica em superfície. (b) O
ar esfria na cidade 1 e esquenta na cidade 2, contudo a pressão em superfície continua a mesma,
porém, a cada metro de elevação, acentua-se a diferença de pressão entre os níveis correspondentes.
Desta maneira, os geopotenciais se destacam e haverá movimento compensatório, surgindo os
ventos, sempre da Alta (H) pressão para a Baixa (L) (c).
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3 – Descrição do Vento
Os ventos são considerados grandezas vetoriais, portanto, possuem um valor
escalar (quantificação da intensidade) e um valor vetorial (direcional). Em
Meteorologia, o vento é descrito com o valor em graus do sentido de onde vem, em
relação ao Norte, conhecido como azimute. Em Climatologia, os setores cardeais,
colaterais e as vezes os sub-colaterais são usualmente utilizados, já que não há
necessidade tanta precisão, permitindo a divisão discreta em classes. A velocidade
dos ventos pode ser expressa em quilômetros por hora [km/h], milhas por hora
[mph], nós (milhas náuticas por hora [kt] ou metros por segundo [m/s] (S.I.).
Dependendo da aplicação, utiliza-se uma destas unidades. Em aeronáutica, por
exemplo, utiliza-se o nó como unidade principal de velocidade. Nas pesquisas
científicas, o m/s.
Os instrumentos que medem sua velocidade são os anemômetros. Os que
registram a velocidade, anemógrafos e os que fornecem sua direção, anemoscópios.
Nas cartas, as linhas de mesma velocidade de vento são chamadas isotacas e as
linhas de mesmo sentido, isógonas.
Existem diferenças também no modo de descrever e obter os ventos
constantes, ou médios dos súbitos e velozes, como as rajadas. Para tanto, certas
convenções foram criadas.
4 – Obtenção, Métodos de Medida e Convenções
O vento pode ser descrito segundo as velocidades e o tempo de avaliação:
4.1 Instantâneo: é aquele obtido em uma aquisição de curta duração, geralmente
pouquíssimos segundos (com o advento da eletrônica, há medidas em frações de
segundos). Como o intervalo de tempo é muito curto, a observação não é fidedigna
de representar a realidade do panorama observado. Sua utilidade serve apenas para
dar uma ordem de grandeza do comportamento;
4.2 Médio: pela OMM, é aquele obtido de diversas observações, realizadas em uma
duração de dez minutos. Para o seu cômputo, soma-se todas as aquisições realizadas
e se divide pelo número destas observações. Esta é a definição de média que
devemos utilizar para a maioria das atividades humanas atribuídas ao estudo do
clima. Contudo, pode-se refinar mais ainda este valor, uma vez que quanto maior for
o número de medidas, mais próximo da realidade estaremos do comportamento do
vento. Em uma condição especial, chamada pelos matemáticos de Limite, onde o
número de observações tende ao infinito, teríamos a “realidade” do vento, expresso
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pela média real. Deve-se lembrar que o vento médio é aquele que é representado nas
cartas de vento;
4.3 Calmo: a definição de vento calmo deve levar em conta o aspecto da duração da
observação. Períodos de calmaria podem variar de poucos instantes até dias. Para
tanto, aparamentado de instrumentação, o observador poderá diagnosticar a calmaria
utilizando um dos seguintes critérios convencionados:
• Se o vento instantâneo oscilar entre a parada total (0,0m/s) e ser menor ou igual a
0,3m/s, diz-se que a condição é calma;
• Se o vento médio (10 minutos) registrar valores entre 0,0m/s e ser menor ou
igual a 1,5m/s, diz-se que a condição média é calma.
Para um observador desprovido de instrumentos, a observação do panorama poderá
ser realizada. Neste caso, segundo a escala Beaufort (descrita mais abaixo) a
condição calma, de Força Zero é dada pela descrição de que “a fumaça sobe
verticalmente”, por exemplo (Fig.2).
Fig.2: o vento calmo permite que a fumaça suba verticalmente pela própria
energia convectiva do fogo. Estas avaliações em campo são muito úteis para
o geógrafo quando avalia o panorama da paisagem e necessita de
informações, sem utilizar instrumentos.
4.4 Máximo: segundo a OMM, o vento máximo é a maior velocidade do vento
registrada dentro de um período pré-definido de observação, anteriormente
estipulado. Uso prático em estatísticas, determinando quais foram as velocidades
instantâneas maiores da hora, do dia, do mês etc.
OBS.: O vento máximo PODE ser uma rajada, mas não necessariamente uma rajada
é o vento máximo. Os dois eventos podem ocorrer, dentro de um período estipulado,
sem nenhuma correlação.
4.5 Rajada: constitui-se como um vento que é dado em forma de pulsos.
Apresenta-se como um sopro súbito que excede a velocidade média do momento
(obtida em dez minutos, item 4.2) em mais de 5,14m/s (usualmente, 10 nós ou seja
10kt) por um curto período de tempo que não se estenda por mais de 20 segundos.
Se a velocidade permanecer alta, entrará no cômputo da velocidade média do vento.
A rajada é considerada um dos mais perigosos meteoros da categoria ventos (Fig.3).
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Fig.3: Aquisições instantâneas de ventos (verde) geram, após 10 minutos, o vento médio (azul).
Para ser considerada rajada, a aquisição instantânea deverá ultrapassar as barras laranjas
(incrementos de 5,14m/s ou 10kt). Note que no minuto 42 houve uma aquisição bem superior à
rajada do minuto 18. Como a média no minuto 42 estava muito alta, o valor instantâneo foi apenas o
vento máximo do período.
5 – Forças Atuantes para o Surgimento dos Ventos
Força do Gradiente de Pressão: é aquela formada pela diferença de pressão entre
dois pontos. Aponta sempre do ponto de maior pressão para o de menor pressão,
perpendicularmente às isóbaras. Quanto maior for o gradiente, maior será a força e
consequentemente o vento (Fig.4).
Exemplos:
Ventos
fracos
Ventos
fortes
Ponto A com 1010hPa;
Ponto B com 1014hPa;
Distância de 100km:
Diferença de 4hPa / 100km (3 isóbaras, contando as de A e B).
Ponto A com 1000hPa;
Ponto B com 1020hPa;
Distância de 100km:
Diferença de 20hPa / 100km (11 isóbaras, contando as de A e B).
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Fig.4: No exemplo, no caso superior, o gradiente de pressão entre os dois pontos (1012 a 1000hPa
ou mb) é maior que o caso inferior (1012 a 1006hPa). Como a distância entre os dois pontos é a
mesma (ΔS) o valor da força do gradiente de pressão irá ser proporcional e invertida para cada
gradiente de pressão. No caso superior, a força apresentou-se maior, respeitando o elevado
gradiente.
Em qualquer carta sinóptica, a proximidade das isóbaras representa gradientes
fortes de pressão, portanto, ventos fortes.
Quando o vento for regido somente pela força do gradiente de pressão ele
será chamado de Vento Barostrófico. Normalmente ocorre em movimentos de
pequenas distâncias até 600m de altura.
Força de Coriolis: Não é considerada uma força real, pois não tem um agente
fomentador. O que se considera desta “força” é que para se ajustar as equações da
meteorologia, houve necessidade de se utilizar um artifício matemático para
representar o movimento da Terra, ou seja, se o planeta não girasse, o ar fluiria
diretamente da alta para a baixa pressão em grandes sistemas (Fig.5). Com o giro da
Terra, o ar só se comporta desta maneira em movimentos de curtas distâncias. Nos
longos e grandes sistemas meteorológicos, ele é “desviado” de sua trajetória
original. No hemisfério Sul, o desvio é para a esquerda e no hemisfério Norte, para a
direita. A força de Coriolis é perpendicular à trajetória do deslocamento,
dirigindo-se no sentido das pressões mais altas. Seu efeito é máximo próximo aos
pólos e nulo no equador (Fig.6).
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Fig.5: sem o giro da Terra, o ar simplesmente se deslocaria
em linha reta da alta para a baixa pressão, como uma onda
que se desloca à praia.
Fig.6: atuação da “força” de Coriolis nada mais é que a representação da inércia que um corpo
possui ao se deslocar pela atmosfera (ou oceano) da Terra. Livre do atrito junto ao solo, os corpos
tendem a manter a velocidade escalar do ponto de origem.
Quando o vento for regido pela força do gradiente de pressão e pela força de
Coriolis ele será chamado de Vento Geostrófico (Fig.7).
Força Centrífuga: os ventos que circulam centros fechados de alta e baixa pressões
sofrem efeitos centrífugos. Portanto, nestes movimentos há um balanço entre força
centrípeta e centrífuga que mantêm os ventos paralelos às isóbaras. A força
centrífuga deve ser computada para esse efeito.
Quando o vento for regido pelas forças do gradiente de pressão, Coriolis e
Centrífuga ele será chamado de Vento Gradiente.
Como em baixas latitudes e no Equador o efeito de Coriolis é bastante
desprezível, os ventos serão regidos pelas forças do gradiente de pressão e
centrífuga. Neste caso, denomina-se como Vento Ciclostrófico.
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Fig.7: as forças atuantes
no vento geostrófico
dependem da força do
gradiente de pressão e de
Coriolis. Os giros são
determinados pelo hemisfério da Terra devido a
inércia diferencial que
cada um possui em
relação ao Equador e
respectivo pólo geográfico Norte ou Sul.
Força de Atrito: é a força que oferece resistência dinâmica ao deslocamento do ar
por fricção. Provoca pequeno desvio para o sentido das baixas pressões, ou seja, no
hemisfério Sul, o desvio é para a direita e no hemisfério Norte, para a esquerda. Esta
força diminui a velocidade do vento nas camadas mais baixas da atmosfera.
O atrito da superfície é atuante até 600 metros de altura, o qual chamamos de
Nível Gradiente. A camada compreendida da superfície até o nível Gradiente é
chamada de Camada de Fricção. Acima disto, a considera-se atmosfera livre.
Dentro da camada de Fricção, temos a Camada Limite que se estende da
superfície até os 100 metros e que compreende os ventos considerados de superfície.
A partir daí até os 600 metros, chamamos de Camada de Transição, onde teremos
os ventos superiores ou de altitude.
O nível de atrito varia conforme a superfície. Na água ele é menor, com cerca
de 600 metros. Em terra plana, atinge 900 metros e em área montanhosa, 1800
metros ou mais (Fig.8).
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Fig.8: disposição convencionada dos efeitos da rugosidade do terreno natural pertencente ao estrato
geográfico. A camada Limite vai até 100 metros acima da superfície. A ação da fricção varia de 600
a 1800 metros, conforme se apresenta a orografia.
É importante lembrar que o atrito será responsável por um desequilíbrio no
vento geostrófico. Desta maneira, o vento resultante, quase-geostrófico, apresenta-se
mais próximo do vento real.
Relacionando todas as forças, obtemos as seguintes categorias de ventos
(Tab.1):
Tab.1: Resumo da Atuação das Forças nos Ventos
Força Gradiente de
Coriolis
Centrífuga
Vento
Pressão
Barostrófico
Presente
Geostrófico
Presente
Presente
Gradiente
Presente
Presente
Presente
Ciclostrófico
Presente
Presente
Quase-Geostrófico
Presente
Presente
Presente
Atrito
Presente
6 – Circulação dos Ventos
Em função dos ventos estarem sobre a influência das forças do gradiente de
pressão e Coriolis, teremos características especiais para cada tipo de centro bárico,
conforme o hemisfério:
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Hemisfério Sul: Circulação nos centros fechados
Alta Pressão: Vento divergente, anticiclone, giro anti-horário, NoroesteSudeste, bom tempo, vento fraco, subsidência do ar,
estabilidade;
Baixa Pressão: Vento convergente, ciclone, giro horário, Nordeste-Sudoeste,
mau tempo, vento forte, ascensão do ar, instabilidade.
Circulação nos centros fechados:
Hemisfério
Norte:
Alta Pressão: Vento divergente, anticiclone, giro horário, NordesteSudoeste, bom tempo, vento fraco, subsidência do ar,
estabilidade;
Baixa Pressão: Vento convergente, ciclone, giro anti-horário, NoroesteSudeste, mau tempo, vento forte, ascensão do ar,
instabilidade.
7 – Considerações Finais
Os ventos são apenas o ar em movimento que surgiu como uma medida de
resposta para realizar os ajustes atmosféricos. Estes, por sua vez, foram necessários
para estabilizar a atmosfera devido às mudanças de pressão e presença dos centros
báricos. A causa da formação dos centros báricos está relacionada com os diversos
processos de aquecimento diferencial, causados pelo Sol e pela redondeza do geóide
terrestre.
Deve-se lembrar que o relevo do estrato geográfico contribui para as
interações com a dinâmica do deslocamento do ar realizado pelo atrito com a
superfície.
Quanto às forças atuantes, há uma observação importante sobre o gradiente
de pressão. Sua força aponta sempre do maior para o menor. Quanto a força de
Coriolis, seu efeito apenas deflete os ventos de longo percurso, sendo fraca próxima
ao Equador e mais forte conforme se aumentam as latitudes. Isto define os giros dos
centros báricos de alta e baixa pressões atmosféricas, vinculado ao hemisfério em
que os mesmos se encontrarem.
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Anexo 1: Escala Beaufort
Baseado nas observações de superfície, o Almirante Beaufort, da Marinha
Inglesa desenvolveu, em 1804, a Escala Beaufort para a estimativa de velocidade do
vento, onde cada estado do mar está diretamente relacionado a uma faixa de
velocidade média do vento. O desenvolvimento desta escala foi feito observando o
efeito do vento nas velas do seu navio, altura das ondas, visualização do estado do
mar e, checando em anemômetros, a velocidade do vento.
Mais tarde, utilizou-se o mesmo princípio de comparação, mas com alvos
terrestres, como fumaça, folhas, galhos e árvores (a ação do vento sobre a relva alta
lembra muito a superfície do mar). Do mesmo modo, comparou-se o estado do
litoral sob a ação dos ventos. A Escala Beaufort, com os três parâmetros de
observação, torna-se muito útil ao geógrafo na estimativa da velocidade média do
vento. Uma dos motivos é que permite uma avaliação espacial e não puntual.
Contudo, é importante avaliar as condições por um certo período de tempo antes de
aplicar a escala para que seja possível interpretar o vento médio e não sopros de
rajadas, por exemplo.
Abaixo, seguem os descritivos das Forças Beaufort que variam de 0 a 12:
Prof. Dr. Ricardo Augusto Felicio
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