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PublicouCármen de Sousa Brás Alterado mais de 8 anos atrás
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Tópicos de Meteorologia e Climatologia: Sistema Climático Terrestre Termodinâmica da Atmosfera (Breve Revisão Conceitual) Enio P. Souza (UFCG)
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Conceitos Básicos Lei dos Gases Ideais Primeiro Princípio da Termodinâmica Processos Adiabáticos e Temperatura Potencial Segundo Princípio da Termodinâmica Termodinâmica do Ar Úmido Estrutura Térmica da Atmosfera Estabilidade
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Conceitos Básicos
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função de estado é uma propriedade do sistema que tem certo valor definido para cada estado e é independente da maneira de como esse estado foi atingido, entenda- se como estado o status quo do sistema. Pressão, volume e temperatura são exemplos dessas funções
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Equilíbrio Termodinâmico Equilíbrio Térmico Equilíbrio Mecânico Equilíbrio Químico Processos: Cíclicos e Quase-estáticos
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Lei dos Gases Ideais GasM (g.mol -1 )Fração do Volume (%) Nitrogênio (N2) 28,013 0,7809 Oxigênio (O2)31,9990,2095 Argônio (Ar)39,9480,0093 Dióxido de Carbono (CO2) 44,0100,0003 Composi ç ão da Atmosfera Terrestre
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O conhecimento de Md permite a utiliza ç ão da equa ç ão dos gases ideais em uma forma mais adequada. Com Essa forma é mais adequada porque em Meteorologia não se costumam medir V, m e n, que ficam impl í citos nessas duas ú ltimasformas.
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Conceito de Trabalho Primeiro Princípio da Termodinâmica "Trabalho é energia em trânsito através da fronteira de um sistema, sem transferência de massa, na presença de alguma diferença de potencial, que não seja de temperatura."
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Calor e Capacidade Calorífica "Calor é energia em trânsito através da fronteira de um sistema, sem transferência de massa, na presença de uma diferença de temperatura."
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Primeiro Princípio da Termodinâmica "A soma das trocas de energia, nas formas de calor e trabalho, entre um sistema e sua vizinhan ç a deve ser nula quando o sistema sofre um processo cíclico completo."
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Energia Interna U
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Entalpia H
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Holton (1992) An Introduction to Dynamic Meteorology Eq. (2.42) Eq. (6.3) Eq. (6.21)
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Equilíbrio Hidrostático Para pequenas acelerações
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Equação Hispométrica Integrando-se a Eq. Hidrostática entre Que fornece a relação entre espessura e aquecimento de uma camada
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Dinâmica Madden and Julian (1972) JAS Webster and Fasullo (2003) Academic Press
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Processos Adiabáticos e Temperatura Potencial Definindo
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Temperatura potencial é a temperatura que uma parcela de ar teria se fosse deslocada adiabaticamente do seu nível de origem até o nível de 1000hPa
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Souza et al. (2000) JAS
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Taxa de Resfriamento Adiabático Def: Taxa de Resfriamento Adiabático Para um processo adiabático
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Segundo Princípio da Termodinâmica - Qualidade da Energia: Embora a energia se conserve em processos que envolvem trocas de calor, a sua “qualidade” se degrada. - Estabelece limites à possibilidade de realização de determinados processos. - Introduz a função de estado ENTROPIA, que é central na compreensão dos fenômenos atmosféricos. Essa equação não representa um diferencial exato
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Se for aplicado um “fator integrante” A equação torna-se um diferencial exato. Define-se então a entropia específica “s”, tal que: De forma geral: Desigualdade de Clausius:
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Relação entre Entropia e Temperatura Potencial Fazendo a derivada logarítmica, vem:
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Souza et al. (2000) JAS Perfil de Entropia da Atmosfera
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Umidade Atmosférica Pressão parcial de vapor d’água : e Lei dos gases para o vapor d’água: À saturação:
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Ar úmido (u) = Ar seco (d) + Vapor ´d’ água (v) Umidade específica:
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Razão de mistura: Umidade Relativa:
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Temperatura virtual: Em vez de se falar em uma constante “variável”, aplica-se a correção em T
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Processos que levam à Saturação: Resfriamento IsobáricoTemperatura do Ponto de Orvalho (T d ). Resfriamento Adiabático Nível de Condensação por Levantamento (NCL)
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Mudanças de Fase e Calor Latente Cada fase de um sistema heterogêneo possui uma entalpia específica, na forma: Quando uma substância muda da fase 1 para 2, o processo envolve uma Quantidade de calor, chamada de calor latente, de modo que: No caso da condensação de uma quantidade de vapor d’ água:
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Estrutura Térmica da Atmosfera
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Processos Adiabáticos Saturados Com uma fonte interna dada por: Com
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Taxa de Resfriamento em 2007 Divergencia Media em Outubro *10E6 1/s
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Oceano
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Sertão
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Sul
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NCL ee z
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Z TATA TBTB TCTC T0T0 ABC T Z1Z1 Z0Z0 dZ Critérios de Estabilidade
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Método da Parcela: A parcela não troca calor com o ambiente; A parcela mantém sua identidade (não se mistura com o ambiente); Não há movimentos compensatórios no ambiente A cada instante as pressões da parcela e do ambiente são iguais (p p =p). Parcela em Deslocamento Vertical Estabilidade
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Que admite solução do tipo: N é a frequência de Brunt-Vaissalla
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Estabilidade em termos de Temperatura Potencial
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Souza et al. (2000) JAS
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Instabilidade Condicional Estabilidade de Processos Saturados
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Instabilidade Mecânica e Número de Richardson
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Enio P. Souza esouza@dca.ufcg.edu.br
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