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O PAPEL DA ÁGUA NA ATMOSFERA. 1. CONTEÚDO DE VAPOR DE ÁGUA: Definição 2. MÉTODOS DE MEDIÇÃO 3.ORVALHO, GEADA E NEVOEIROS 4. NUVENS 5. ESTABILIDADE E DESENVOLVIMENTO.

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1 O PAPEL DA ÁGUA NA ATMOSFERA

2 1. CONTEÚDO DE VAPOR DE ÁGUA: Definição 2. MÉTODOS DE MEDIÇÃO 3.ORVALHO, GEADA E NEVOEIROS 4. NUVENS 5. ESTABILIDADE E DESENVOLVIMENTO DE NUVENS 6. PRECIPITAÇÃO E CICLO HIDROLÓGICO

3 O VAPOR DE ÁGUA NA ATMOSFERA Para medirmos o vapor, há um enorme conjunto de variáveis, sendo a pressão de vapor, a mais relevante do ponto de vista termodinâmico. 1. A pressão de vapor e Esta variável representa a pressão exercida pelo vapor de água quando só há este gás. Entretanto, este gás se comporta como gás ideal, nas condições normais de pressão e temperatura. A quantidade deste gás não excede os 4% do total de gases. Após este valor normalmente ocorre a saturação.

4 Neste ponto, ocorre o processo de condensação, com a mudança de fase para o estado líquido. A pressão d e vapor de saturação ( e s ) é limitada pela pressão de vapor de saturação: de s /dt=L/ T( ) na Equação de Clausius-Clapeyron 2.Umidade Absoluta ( v ) É a densidade do vapor de água em g por metro cúbico de ar.

5 3. Razão de mistura ( r ) É a razão entre a massa de vapor presente e a massa de ar seco que a contém r=m v /m d Também é proporcional à pressão de vapor. 4. Razão de mistura de saturação (r s ) O mesmo que acima, mas em relação à saturação: r s =~e s /p Todas em g por kg de ar

6 4. Umidade específica ( q ) É definida como a razão entre as massas de vapor e a massa total(ar seco + vapor) Variação entre Pólo e Equador 5. Umidade Relativa (UR) Esta variável é a + famosa. Refere-se a razão entre a pressão de vapor presente e a pressão de vapor de saturação, a uma dada pressão atmosférica e temperatura: UR= e/e s ou : UR =r/r s Dada em %.

7 Variação latitudinal da UR: É função de p, T e r 6. Ponto de orvalho (T d ) É definido como a temperatura na qual o ar úmido deve ser resfriado para se tornar saturado com r e p constantes. Quando a temperatura atinge o pto. de orvalho, ocorre a condensação. Este pto. se atinge de 2 formas: 1- resfriamento radiativo e 2- ascensão adiabática Ou ainda por modificação da razão de mistura por umidificação.

8 7. Temperatura virtual (T v ) É a temperatura que o ar úmido teria se tivesse a densidade do ar seco, a mesma pressão. O problema é que a constante dos gases para o ar úmido (R v ) é sempre variável. T v = T(1+r ) Sendo o ar úmido menos denso, segue que Tv será um pouco maior que T. Exemplo. Tópicos extras Umidade do Ar em Ambientes internos Umidade relativa e conforto térmico Ideal 40-70%

9 Variação vertical, latitudinal e diária da UR Comparação entre Lima e Salvador e entre NY e Londres MÉTODOS DE MEDIÇÃO PSICRÔMETRO: São 2 termômetros juntos, um deles mergulhado em uma gaze molhada e o outro seco. São chamados de termômetros de bulbo úmido e seco. O bulbo úmido é posto a se esfriar por evaporação. E a diferença dos 2 termômetros é tabelada como mostra a figura.

10 °C Dry Bulb Dry Bulb Minus Wet Bulb (degrees celsius) TEMP. DO BULBO SECO DIFERENÇA ENTRE SECO-ÚMIDO

11 HIGRÔMETRO Este é o aparelho mais utilizado para se medir UR. È feito normal/e de cabelo humano, que se expande cerca de 2.5% quando úmido. Há também Higrômetro do ponto de orvalho.

12 Higrômetro elétrico consiste em um prato chato coberto de 1 filme de carbono. Uma corrente elétrica cruza o prato. Quando o vapor de água é absorvido, a resistência elétrica muda e este valor é convertido em ponto de orvalho ou UR. Este é o instrumento utilizado nas radiossondas. Pluviômetros. Estes servem para medir a precipitação acumulada. Disdrômetros: servem para medir o espectro de gotas de chuva, em diferentes classes, assim como a taxa de precipitação.

13 ORVALHO, GEADA E NEVOEIROS ORVALHO & GEADA Em noites calmas e claras, objetos próximos à superfícies perdem calor rapidamente por irradiância IV. A superf. se esfria + rapidamente que o ar adjacente e ao entrar em contato. Eventualmente, se esfria até a saturação, e o vapor dentro deste se condensa sobre a mesma superf. Este é o pto. de orvalho. Se for até próximo a zero grau, há a formação da geada, que pode tanto ser por congelamento do orvalho como por sublimação. Alguma superfícies perdem calor mais facilmente, tais como gramados, carros, etc. No abrigo o termômetro pode estar até 2- 3 o C mais quente.

14 Quando há nuvens, estas bloqueiam a perda de IV e a formação de ambos é retardada ou cancelada. Orvalho e geadas estão associados com as Altas Pressões: anticiclones. Geada branca versus geada negra. Núcleos de Condensação (CCN) Os aerossóis podem servir de núcleos de condensação onde ocorre a mudança de fase do vapor para o líquido. Na atmosfera, esta mudança pode se dar ao nível do solo, na formação de nevoeiros, por ex., ou no nível de condensação por levantamento (NCL).

15 Quando a parcela sobe na atmosfera carrega consigo os CCN e a quantidade vapor que a condensou. Ao subir, se esfria e se expande adiabaticamente, na razão de 10 o C/km, atingindo o NCL entre 1 e 3 km de altura (depende das condições iniciais). Este é o nível de formação da nuvem: a base! Os CCN podem ser distribuídos por tamanho de acordo

16 PG > 2 m PF < 2 m

17 PI: partícula inalável : < 10 m Núcleos de gelo (IN) Silicatos, calcita, iodeto de prata (AgI) entre inorgânicos Bactérias, pólen e esporos de fungos e VOCs entre microbiota e orgânicos. Nucleação homogênea versus heterogênea Sem CCN: não haveria nuvens Sem IN: há gelo abaixo de -40 o C.

18 Tamanho das gotículas Núcleos : até 30 m Gotícula de nuvem: m (nevoeiro até 30 m) Gota de chuva : 300 a 6000 m Granizo: até 15 cm

19 Névoa seca: a névoa seca é definida qdo a UR está abaixo de 100%, podendo atingir valores de 70%. CCN como sal marinho (NaCl), sulfatos (SO 4 = ) e nitratos (NO 3 - ) são muito higroscópicos, absorvem vapor até se tornarem visíveis. Névoa úmida: formação sobre superfícies úmidas com UR igual a 100%. Nevoeiro ou neblina: pode ser uma nevoa úmida mais profunda e larga. Um gde no. de CCN próximos à superfície na presença de UR =100% pode formar nevoeiros.

20 Quando a visibilidade fica abaixo de 1 km pode-se considerar a formação de nevoeiro. Se ficar abaixo de 30 m é considerado extra/e perigoso para o tráfego de carros. Há diferenças (como nas nuvens) de nevoeiros próximos a oceanos e continentais/urbanos. Maiores núcleos, gotículas maiores e em menor quantidade, no primeiro caso. Extremos de nevoeiro: Famoso caso de 1953 em Londres.

21 FORMAÇÃO DAS NEVOEIROS E NUVENS Os nevoeiros e nuvens se formam por resfriamento no solo e por ascensão adiabática, respectiva/e. Ou por evaporação e mistura até a saturação. Nevoeiro e nuvem orográfica Locais de formação de nevoeiros: Costa do Pacifico da Am.Norte e Sul, Newfoundland, Corrente de Benguela, Africa do Sul. Evaporation fog e caribou fog.

22 Dispersão de nevoeiros: 1 - aumento do tamanho das gotículas 2 - em nevoeiros frios acrescentar CO2 3 - aquecer o ar 4 - misturar com ar acima Nuvens/Volken/Clouds/Nuages Sem estas, o ciclo da água estaria comprometido. Sem elas, não haveria também halos, relâmpagos,arco- íris...

23 Classificação 1802 Lamarck 1803 Luke Howard criou os termos stratus, cumulus e cirrus, designando, camada, acúmulo, ganchos. E por fim nimbus, relativo a chuva violenta Nimbustratus Ns Cumulonimbus Cb 1887 Abercrombie & Hildebrandsson Tropicais/temperadas e polares: Alta, médias e baixas

24 Desenvolvimento das nuvens Aquecimento superficial e as forçantes Mudança de fase: a curvatura da gota e a presença de solutos (sais) facilitam a aquisição de mais moléculas de água, pois a pressão de vapor é maior sobre as superf. curvas e a presença dos solutos na mesma também auxiliam neste papel. Há também a necessidade de uma supersaturação (acima de 100%) para que a gota permaneça estável, em cerca de 0,5 a 1,5%. A subida da parcela na atmosfera pela liberação de CL favorece a formação da supersaturação.

25 Precipitação Crescimento por condensação: até gotas de 70 m. Para crescer até gotas precipitantes: colisão-coalescência. Chuva estratiforme versus convectiva E/ou da fase gelo. Equações de crescimento Riming /acreção versus agregação (floco) Acreção=graupel e granizos Agregação= flocos de neve Cloud seeding

26 Chuvas de cores diferentes Chuvas ácidas: < pH 5.5 Formas dos cristais de gelo: plates, dendritos e colunas 20 cm de neve equivale a 2 cm de chuva= 20 mm = 20 l/m 2 Blizzard Chuva congelante (ice storm)

27 ESTABILIDADE ATMOSFERICA Atmosfera estável: o ar mais denso fica em baixo do menos denso. Instável: o ar mais denso (frio e seco) está acima do menos denso, qualquer forçante pode mudar este estado. Parcela de ar: bolha de ar com características homogêneas onde o ar ascende ou descende de acordo c/ sua densidade e forçantes externas (frentes, brisas etc), e c/ características particulares: subidas/descidas adiabáticas, permanece como uma unidade e se ajusta automaticamente à pressão externa

28 TVVT=lapse rate para parcelas não saturadas é de 10 o C/km Ao atingir o ponto de orvalho, a parcela atinge o Nível de Condensação por Levantamento (NCL) e passa a se esfriar no processo adiabático saturado, i.e., com liberação de calor latente, podendo variar de 2 a 4 o C/km, de acordo com o conteúdo líquido. DETERMINANDO A ESTABILIDADE A estabilidade é determinada, comparando-se a parcela com as demais parcelas à sua volta. Se ascender e ficar mais densa que o meio, ela desce, retornando ao nível original: situação estável => Condição estável, neutra e instável.


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