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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( 1 - 2 ) 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 °C12345678910 88776655443424156 1189786756463627189 12897868584839292112 138979695950413222157 1490797060514234251810 1590817161534436272013 1690817163544638302315 1790817264554740322518 91827365574941342720 1991827465585043362922 2091837467595346393226 2191837567605346393226 2291837668615447403428 2392847669625548423630 2492847769625649433731 2592847770635750443933 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: 20-70 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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