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1 Meteorologia. 2 Estrutura da Atmosfera 1.Temperatura 2. Pressão e Altura Geopotencial 3. 3.Umidade 4. 4.Distribuição Vertical de Temperatura e de Gases.

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1 1 Meteorologia

2 2 Estrutura da Atmosfera 1.Temperatura 2. Pressão e Altura Geopotencial 3. 3.Umidade 4. 4.Distribuição Vertical de Temperatura e de Gases "Estufa” 5. 5.Relação entre Pressão e Densidade Estrutura de Pressão e Densidade Ventos

3 3 Temperatura Dependência Latitudinal da Radiação Incidente  Média Anual  figura 5.1  Fluxo Incidente Médio no Equador:  Fluxo Incidente Médio Global: Fig. 1. Distribuição Latitudi- nal Média Anual da Radiação incidente.

4 4 Dependência Latitudinal da Radiação Incidente  Sazonal  Fluxo solar instan- tâneo por unidade de área é máximo no ponto subsolar.  Periélio em janeiro Fig. 2. Verão no HS Fig. 3. Revolução

5 5 Dependência Latitudinal da Radiação Emergente  Radiação Emergente:  varia menos com a latitu- de;  vapor d’água é o principal emissor, logo depende for- temente da temperatura;  no nível que a atmosfera é transparente à radiação terrestre, temperatura está aproximadamente igual (a altitudes diferentes);  não existe controle geo- métrico. Fig. 4 Saldo líquido nos trópicos e déficit líquido nas latitudes altas

6 6 Temperatura na Troposfera Fig.5. Temperatura Média Anual promediada zonalmente, em o C. Diminui verticalmente, diferença entre pólo e Equador é de cerca de 30 o C.

7 7 Temperatura Potencial na Troposfera Fig. 6. Temperatura Potencial Média Anual promediada zonalmente, em o C. Aumenta verticalmente.

8 8 Temperatura da Estratosfera Fig.7. Distribuição de Temperatura Média promediada zonalmente, em o C, no solstício do verão boreal.

9 9 Balanço de Energia da Atmosfera  Diferenças de temperatura entre Equador e pólo são menores do que às que haveria, por balanço de radiação.  Exemplo: pólo no inverno, não há balanço.  Como há equilíbrio local e global  outras formas de transporte de energia além da radiação. Movimento de fluido, na vertical e horizontal.

10 10 Balanço de Energia da Atmosfera Fig. 8 Balanço de Energia Local

11 11 Balanço de Energia da Atmosfera  Transporte Dinâmico = resultado tanto dos ventos atmosféricos quanto das correntes oceânicas  Escoamento líquido através de cada hemisfério é de cerca de W.

12 12 Pressão e Altura Geopotencial Alturas das Superfícies de Pressão  Usa-se pressão em vez de altura como coordenada vertical:

13 Alturas das Superfícies de Pressão  A altura geopotencial z(p) é definida como:  z 2 -z 1 =  z é a espessura de uma camada da atmosfera, entre p 1 e p 2.

14 14 Superfícies Isobáricas Fig 9 A geometria das superfícies de pressão. p 1 >p 2 >p 3 >p 4, onde p 1, p 2, p 3 e p 4 são superfícies de pressão constante.

15 15 Superfícies Geopotenciais Fig 10 A altura da superfície de 500 hPa em janeiro, em dm. onde a variação é das latitudes frias para as quentes e p(0) é a pressão superficial. Se  T= 30 ºC, a superfície de 500 hPa cai  z= 608m, como observado.

16 16 Superfícies Geopotenciais Fig 11 Altura geopotencial média zonal (m) para condições de média anual, valores são a diferença de um valor de referência. As camadas atmosféricas são espessas nas regiões tropicais, porque elas são quentes e finas nas regiões polares frias.

17 17 Umidade Específica Fig 12 Umidade Específica média zonal (g/kg) para condições de média anual.

18 18 Umidade Relativa Fig 13 Umidade relativa média zonal (%) para condições de média anual.

19 19 Convecção Fig 14 Secagem devido a convecção

20 20 Ventos Distribuição de Ventos Fig 15 Circulação proposta por Hadley, formada por uma célula meridional gigante estucada do Equador ao pólo.

21 21 •Distribuição de Ventos Fig 16 Seção de corte meridional dos ventos zonais (m/s), sob condições anuais (topo), dezembro, ja- neiro e fevereiro (DJF, no meio) e junho, julho e agosto (JJA, embaixo).

22 22 •Distribuição de Ventos Fig 17 Seção de corte meridional dos ventos zonais em direção ao norte (m/s), sob condições anuais (topo), dezembro, janeiro e fevereiro (DJF, no meio) e junho, julho e agosto (JJA, embaixo).

23 23 • Distribuição de Ventos Fig 18. Função de corrente de over- tuning meridional na média anual sob condições anuais (to- po), DJF, (no meio) e JJA (embaixo). Uni- dades de kg/s. Escoamento circula ao redor de centros positivos (negativos) no sentido horário (anti-horário). Na mé- dia anual, o ar ascende ao norte do Equador e desce em torno de 30 o N ou S.

24 24 Turbilhões e Ondas Fig 19 Pressão na superfície

25 25 Distribuição Vertical de Temperatura  Estrutura vertical é qualitativamente similar em todos os pontos;  Perfil característico  40 o N em dezembro;  Temperatura promediada pela massa é de 255 K.

26 26 Distribuição Vertical de Temperatura  Efeito do Sol  3 regiões quentes;  regiões onde radiação solar é absorvida em comprimentos de onda diferentes.

27 27 Termosfera  Primeira região quente  T alta e variável;  Região de absorção de UV pelo oxigênio (O 2 e O);  O 2 O e CO 2 são fotoionizados por UV energético (  <0,1  );  Perda de IR é pequena e T é alta (até 1000 K).

28 28 Termosfera  Ar é tênue e são poucas colisões, logo não existe conexão entre T e radiação térmica (  T 4 );  Ionosfera  nesta e nas altitudes acima, atmosfera ionizada reflete ondas de rádio.

29 29 Mesosfera  Da mesopausa (80-90 km) até a estratopausa (~50 km), a temperatura aumenta até o segundo ponto quente.

30 30 Estratosfera  Máximo no topo  absorção de UV de comprimento de onda médio (0,1 a 0,35  m) ;  Estratosfera é muito estratificada, pouco misturada e tem longos tempos de residência de partículas  Próximo ao equilíbrio radiativo.

31 31 Distribuição Vertical de Ozônio  Camada de ozônio é resultado da foto- dissociação do O 2 ;  Ozônio é o principal absorvedor de UV;  Pico concentração de ozônio em 20 km, pois a camada de ozônio é opaca ao UV (a maior parte do UV é absorvido no topo da camada).

32 32 Estratosfera

33 33 Troposfera  Tropopausa  entre 8 e 16 km, dependendo da latitude e da estação do ano.  Troposfera  T aumenta até a superfície;  Contém 85% da massa da atmosfera;  É onde o “tempo” acontece!

34 34 Distribuição Vertical de Vapor  Troposfera contém quase todo o vapor de água, que é o principal gás estufa;  Quantidade de vapor, devido a relação de Clausius-Claperyron, diminui com altura, porque T diminui com a altura;  (Ar frio não consegue conter tanto vapor de água quanto ar quente.)

35 35 Equilíbrio Radiativo  Troposfera aquece-se pela absorção de IV pelo H 2 O;  Estratosfera é aquecida (e criada) pela absorção de UV pelo O 3 ;  Estrutura térmica na troposfera não pode ser explicada somente por equilíbrio radiativo.

36 36 Distribuição Vertical de Temperatura  Em resumo...

37 37 Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático  Qual é a distribuição vertical de pressão e densidade, dado o perfil vertical de temperatura estudado?  Se atmosfera em repouso = estática   pressão só depende do peso;  peso só depende da densidade.

38 38 Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático  Este é o Balanço Hidrostático !  Definindo:  z aumenta a partir da superfície;  g tem sentido contrário;  coluna vertical de ar com área da base  A e altura  z;  pressão e densidade são funções de z (mas podem ser de x, y e t).

39 39 Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático onde  p é o aumento de pressão de z até z-  z

40 40 Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático Se  z é pequeno:

41 41 Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático A massa do cilindro é:

42 42 Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático  Cilindro não está acelerando, logo a soma de forças é NULA!  Forças verticais atuando:  força gravitacional: F g = -gM= -g   A  z  força de pressão no topo F T =-p  A ;  força de pressão no base F B =(p+  p)  A.  Logo: F g +F T +F B =0

43 43 Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático  Se F g +F T +F B =0, então:

44 44 Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático  Como: então: Esta é a Equação do Equilíbrio Hidrostático!!!!

45 45 Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático  Se: então: Massa por unidade de área da coluna atmosférica acima de z.

46 46 Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático  Se: então: Massa por unidade de área da coluna atmosférica acima de z.

47 47 Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático  Na superfície:

48 48 Estrutura Vertical de Pressão e Densidade  Usando a equação de estado p=  RT: • Troca-se as incógnitas p e  por p e T; • Entretanto, enquanto p e  variam muitas ordens de grandeza até 100 km, T não varia mais que 30%.

49 49 Atmosfera Isotérmica  Considerando a variação de T, pode-se tomar T=constante= T o • H é a constante de escala:

50 50 Atmosfera Isotérmica  Integrando obtém-se

51 51 Atmosfera Isotérmica  Alternativamente • Ou seja, a pressão decresce exponencialmente para cima com a altura, proporcionalmente a H; • Se T o = 250 K, H=7,31 km. • Se p= 100 hPa, z=H.ln(1o)= 16,82 km.

52 52 Atmosfera Não-isotérmica  Considerando T não constante, a constante de escala H(z) é definida como: • Logo: ou:

53 53 Atmosfera Não-isotérmica  Integrando • Se H(z) = H, obtém-se o resultado anterior.

54 54 Atmosfera Não-isotérmica  Perfis de atmosfera isotér- mica fornecem resultados que são uma boa aproximação da realidade.  Perfil de pressão real para 40 o N em dezembro (azul) e o perfil para atmosfera isotér- mica com H=6,8 km (trace- jado).

55 55 Estrutura Vertical de Pressão  Para regiões onde as temperaturas são mais quentes que o valor de referência (com H=6,8 km): a pressão decresce menos rapi- damente que no perfil isotér- mico. baixa troposfera estratopausa termosfera

56 56 Estrutura Vertical de Densidade  Para o caso isotérmico, considerando: obtém-se e

57 57 Estrutura Vertical de Densidade  Para o caso não-isotérmico, considerando: • Como a densidade cai exponencialmente a mesma taxa da pressão, 80% da massa da atmosfera encontra-se abaixo de 10 km.

58 58 Tabela de Dados Dados são médias globais e temporais, disponíveis em


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