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Meteorologia Sinótica Conceitos Gerais. Movimentos Atmosféricos (Aspectos Físicos e Observações) Revisão de Conceitos Básicos Forças Fundamentais Sistema.

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1 Meteorologia Sinótica Conceitos Gerais. Movimentos Atmosféricos (Aspectos Físicos e Observações) Revisão de Conceitos Básicos Forças Fundamentais Sistema de Equações Atmosféricas (noções matemática) Ventos Teóricos Geostrófico, Gradiente, Ciclostrófico, térmico Variação vertical do vento Ventos Observados Ventos locais Ventos Globais Estrutura de Altas e Baixas Pressões

2 Movimentos Atmosféricos Atmosfera Geração Transformação Destruição Energia Potencial Energia Cinética Movimentos Atmosféricos Fonte de Calor Sol Calor Movimentos Atmosféricos Circulação Atmosférica

3 Movimentos Atmosféricos x Ventos Medidos; Eficientes transportadores de Calor, Massa e Momentum Componente Horizontal Componente Vertical Freqüentemente estimados, são importantes para formação de nuvens e chuvas z y

4 Conceitos Básicos Velocidade Angular Taxa de giro de um sistema em torno de um ponto de referência. No caso da Terra: t ___ = V S t ___ = e Como S = r, V = r Velocidade Angular da terra ~ 7,3x rad/s Velocidade Linear Raio da terra

5 Conceitos Básicos Aceleração da Partícula Na forma Vetorial Sinal negativo, a é dirigido p/ o centro O Força Centrípeta Para um corpo deslocar-se em trajetória curva (mudando a direção) e mantendo constante o módulo do vetor velocidade, alguma torça deverá estar continuamente atuando sobre o mesmo, para modificar a direção do vetor velocidade. a = V = 2 V = t ___ = Admitindo V 1 = V 2 = V (em módulo) a t = V V ___ a t =, r ___ V2V2 a = - 2 r Como Primeira lei de Newton Primeira lei de Newton, um corpo em movimento continuará em movimento, com velocidade constante, a menos que uma força resultante externa atue sobre ele.

6 Conceitos Básicos ( r V ) é Cte Pela lei da conservação do momento angular r aumenta, V diminui r diminui, V aumenta Conservação do Momento Angular O momento angular de um sistema permanece constante, a menos que seja aplicado um torque externo a esse sistema Considerando uma partícula em movimento circular com V cte L = r x m V = r. mV. sen(90°) j Tomando-de o módulo de L por unidade de massa A força centrípeta é única força responsável por esse movimento circular (velocidade cte em módulo), é dirigida para a origem e não imprime torque à partícula L = r V = r 2

7 Conceitos Básicos ( r V ) é Cte Pela lei da conservação do momento angular r aumenta, V diminui r diminui, V aumenta Experiência Experiência, pessoa girando uma pedra presa a um fio que se enrola com o tempo... V1V1 t=1 V2V2 t=2t=3 V3V3

8 Conceitos Básicos Exemplo 1: Parcela no Equador, em repouso em relação a superfície da Terra V = R t Conservação do Momento Angular No caso da Terra, parcelas de ar giram em eixos perpendiculares ao eixo de rotação L = R t 2 cos 2 ( ) Latitude Raio da Terra Se essa parcela é forçada a se deslocar até 60N, pela lei da conservação do momento angular: V´ = V / cos( ) V´ = V / cos(60) V´ = 2 V Exemplo 2: parcela, inicialmente em repouso no equador, terá uma velocidade na direção oeste-leste (em relação à Terra) cada vez maior, ao se desloca em direção aos pólos

9 FORÇAS FUNDAMENTAIS QUE ATUAM NA ATMOSFERA Forças preponderantes na atmosfera Segunda lei de Newton Taxa de variação do "momentum" (quantidade de movimento) de um sistema é igual à soma de todas as forças que nele atuam Considerando a rotação da Terra: Referencial não-inercial (forças "aparentes" devem ser adicionadas para que a segunda lei de Newton possa a ser aplicada ) coriolis força centrífuga gravitacional devida ao gradiente de pressão fricção Referencial inercial (estrelas fixas)

10 FORÇAS FUNDAMENTAIS QUE ATUAM NA ATMOSFERA Gravitacional Força de atração exercida pela Terra sobre um corpo de massa m sobre a superfície. Orientada p/ o centro da Terra. Centrífuga Surge exclusivamente devido a rotação da Terra, para equilibrar o sistema. Coriolis Ocorre quando um corpo se movimenta em relação a um referencial não inercial (Terra em rotação). Existe devido a diferença de pressão. Orientada das altas pressões paras as baixas pressões (contrário do gradiente) Gradiente de Pressão Fricção Devido a rugosidade da Terra. Atua no sentido de frear os movimentos atmosféricos próximo a superfíie da Terra.

11 Sistema de Equações Atmosféricas (momentum) Equação do Movimento (momentum) Movimentos Atmosféricos governados por 3 princípios básicos: Conservação de massa, momentum e energia (massa) Equação da Continuidade (massa) (energia) Equação da Energia Termodinâmica (energia) * Força Centrípeta combinada com a gravitacional d

12 Fricção Gravidade Gradiente Pressão Coriolis Aceleração do movimento Equação do Movimento * Força Centrípeta combinada com a gravitacional momentum Conservação de momentum

13 Análise de Escala Sinótica Parâmetros típicos de Escala sinótica U ~ 10 ms -1 p/ ~ 10 3 ms -2 W ~ ms -1 L/U ~ 10 5 s L ~ 10 6 ma ~ 10 7 m D ~ 10 4 mfo ~ A B CD E F Componente X du -2 vsen + 2 wcos + uw - uvtg = -1 p dt a a x Componente Y dv -2 usen + vw - u 2 tg = -1 p dt a a y U 2 foU foW UWU 2 p

14 Vento Geostrófico Aproximação Geostrófica Balanço entre a força de coriolis e do gradiente de pressão HN Baixa Alta F co FpFp VgVg Holton (1979) Vento gira paralelo as isóbaras ou isoípsas (igual geopotencial) deixando valores mais altos a esquerda (HS) Aproximação geostrófica em latitudes média permite estimar vento com erro de 10 a 15% Não tem aplicação prática na Região Tropical

15 Vento Gradiente Aproximação Gradiente Balanço entre a força de coriolis e do gradiente de pressão e centrífuga Torna-se mais fraco próximo ao centro de Alta pressão Melhor aproximação do vento em regiões tropicais (ex: Ciclones tropicais) B Equador F co FpFp F ce F co FpFp A HN

16 Vento Ciclostrófico Aproximação Ciclostrófica Balanço entre a força gradiente de pressão e centrífuga caso particular do vento gradiente (Coriolis é desprezada em relação ao gradiente de pressão). escoamento atmosférico curvo com escala horizontal pequena (Ex: tornados – raio ~300m e ventos fortes ~ 30m/s = 108Km/h) Só pode ocorrer em torno de uma BAIXA PRESSÃO Em pequenos vórtices (redemoinhos) coriolis não é importante Equador B F co FpFp F ce HN

17 Vento Térmico Sopra paralelo as isotermas (isolinhas de espessura) Somente existe se houver um gradiente horizontal de temperatura Tem a mesma direção das isolinhas de espessura ( ) Deixa AR FRIO a DIREITA e AR QUENTE a ESQUERDA - HS V T = V g1 – V g2 Diferença entre o vento geostrófico de dois níveis de pressão (superior (1) – inferior (2)) Z 2 (1000 hPa) Z 1 (500 hPa) Espessura entre 1000 e 500 hPa V g2 V g1 VTVT -V g2

18 Variação do vento com a Altura Advecção Quente (fria): ângulo entre V g2 e V g1 sofreu uma variação anti-horária (horária) no HS. Inverso no HN. Advecção fria: temperatura da camada diminui rapidamente c/ altura, gerando instabilidade Advecção Quente: temperatura aumenta c/ altura, estabilidade V g1 = V T + V g2 Conhecendo campo de temperatura e vento numa superfície mais baixa (p2) posso estimar Vg1 na superfície mais alta T 0 +1 Situação 1 Situação 2 Advecção Quente T0T0 T VTVT V g2 V g1 T0T0 T 0 +2 T VTVT V g2 V g1

19 Ar Frio Ar Quente Exemplos Vento Gradiente Vento Geostrófico VTVT VTVT VTVT VTVT VTVT

20 Exemplos Vento Gradiente Vento Geostrófico

21 Exemplos V g2 V g1 V g2 V g1 Giro horário: advecção fria Giro anti-horário: advecção quente

22 Equação da Continuidade * Considerando o ar incompressível ( é constante) massa Conservação de massa Convergência de massa. V < 0 Sem convergência ou divergência Divergência de massa. V > 0 Redução da densidade (aquecimento ou redução pressão) d /dt < 0 é constante* Variação da pressão com o tempo Termo de Divergência d Aumento da densidade (resfriamento ou aumento da pressão) d /dt < 0

23 Exemplos ETA


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