Tópico 3 – Água no ar Profa.: Rita Ynoue.

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1 Tópico 3 – Água no ar Profa.: Rita Ynoue

2 Revisão das aulas passadas
Tópico 1: Evolução da atmosfera terrestre Composição química Tópico 2: Temperatura Escalas de temperatura Diferença entre tempo e clima Estrutura vertical da atmosfera Variação diurna da temperatura Estações do ano

3 Escalas de temperatura
373 212 100 Ponto de ebulição da água 273 32 Ponto de fusão do gelo K º F º C O ponto zero da escala Kelvin (zero absoluto) corresponde, ao menos teoricamente, à temperatura na qual cessa o movimento molecular e o objeto não emite radiação eletromagnética. Não há temperaturas abaixo dessa.

4 Camadas da atmosfera Tendo como base a variação da temperatura com a altura, a atmosfera divide-se em 4 camadas: 1. Troposfera 2. Estratosfera 3. Mesosfera 4. Termosfera 4

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6 Esquema da Órbita da Terra em torno do Sol
Eclíptica

7 Trajetórias diurnas do Sol
Verão 19 5 Trajetórias diurnas do Sol 12 11 Pri/Out 10 Inverno 17 7 13 9 14 8 7 15 6 Leste 16 N 17 S 18 Sol da meia-noite Oeste

8 Aula de hoje: Umidade do ar

9 Umidade do ar A água é a única substância que ocorre nas três fases na atmosfera e a Terra é o único planeta do sistema solar onde isso acontece. A água na atmosfera e suas mudanças de fase desempenham papel importantíssimo em diversos processos físicos naturais: Transporte e distribuição de calor (ciclo hidrológico) Absorção de comprimentos de onda da radiação solar e terrestre Condensação (Orvalho, nuvens, chuva) Evaporação Liberação de energia na atmosfera devido à condensação Consumo de energia na superfície pela evaporação (ex: resfriamento da pele pela evaporação do suor)

10 Neste momento, está ocorrendo evaporação? Ou...

11 ... a evaporação só ocorre a 100oC?

12 O que ocorre a 100oC?

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14 E condensação?

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17 Evaporation Ordinary evaporation is a surface phenomenon - some molecules have enough kinetic energy to escape. If the container is closed, an equilibrium is reached where an equal number of molecules return to the surface. The pressure of this equilibrium is called the saturation vapor pressure. In order to evaporate, a mass of water must collect the large heat of vaporization, so evaporation is a potent cooling mechanism. Evaporation heat loss is a major climatic factor and is crucial in the cooling of the human body.

18 Umidade do ar Principal fonte: oceano tropical
Moléculas de vapor d’água acima da superfície de água líquida se movem em todas as direções. Aquelas que estão próximas da superfície de água e movendo-se em direção à superfície podem retornar à água líquida. Da mesma forma, há sempre moléculas de água líquida com energia suficiente para deixar a superfície, evaporando. Quando o número de moléculas que evapora é igual ao número de moléculas que condensam, a atmosfera acima da superfície d’água se encontra saturada.

19 Umidade do ar A pressão de saturação do vapor depende da temperatura

20 Umidade relativa A UR indica quão próximo o ar está da saturação, ao invés de indicar a real quantidade de vapor d’água no ar. APENAS PARA VISUALIZAÇÃO: dissolvendo sal na água... Variando o conteúdo de sal até chegar à saturação (à temperatura constante) Variando a temperatura, varia a quantidade de sal que “satura” a solução.

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22 Quanto maior a temperatura, maior quantidade de vapor d’água pode ser “retida”.

23 Variação da UR Variações da umidade relativa causadas por variações da temperatura ocorrem na natureza tipicamente por:         1) variação diurna da temperatura;         2) movimento horizontal de massa de ar;         3) movimento vertical de ar.

24 Temperatura do ponto de orvalho
Td É a temperatura até a qual o ar deve se resfriar para atingir seu ponto de saturação É um bom indicador do conteúdo de vapor d’água no ar.

25 Como obter a Td?

26 Outra forma de se obter a UR:
Temperatura de bulbo úmido (Tw) A temperatura de bulbo úmido cai, devido ao calor retirado para evaporar a água. O seu resfriamento é diretamente proporcional à secura do ar. Quanto mais seco o ar, maior o resfriamento. Portanto, quanto maior a diferença entre as temperaturas de bulbo úmido e de bulbo seco, menor a umidade relativa; quanto menor a diferença, maior a umidade relativa. Se o ar está saturado, nenhuma evaporação ocorrerá e os dois termômetros terão leituras idênticas. The Wet Bulb Temperature is defined as the steady state nonequilibrium temperature that is reached when a small amount of water is contacted under adiabatic conditions by a stream of gas. It is virtually equivalent to the adiabatic saturation temperature. As the water contained in the wick of the psychrometer evaporates, the convective heat flowing from the gas stream to the wick at a lower temperature balances the latent heat of evaporation of the water. The Dew Point Temperature is the temperature at which an air/water vapor mixture is saturated with water vapor. If the partial pressure of water vapor increases above the saturation partial pressure at constant temperature then condensation occurs.

27 Diferença entre Td e Tw Note-se que a temperatura de ponto de orvalho não deve ser confundida com a temperatura de bulbo úmido. Elas não são iguais. A temperatura de bulbo úmido é determinada induzindo-se resfriamento por evaporação. A temperatura de ponto de orvalho é obtida pelo resfriamento do ar até atingir o ponto de saturação. Exceto na saturação, a temperatura de bulbo úmido é maior que a de ponto de orvalho. Quando o ar está saturado, a temperatura de bulbo úmido, de ponto de orvalho e do ar ambiente são as mesmas.

28 Atividade: Calcular a UR a partir de T e Tw

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31 Atividade Obter a UR a partir de dados de T e Tw
Plotar no mesmo gráfico da temperatura: Tw UR

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34 Variação temporal da umidade do ar - escala diária
Na escala diária praticamente não há variação de “Td” ao longo do dia. Entretanto, a UR varia continuamente ao longo do dia, chegando ao valor mínimo no horário de Tmax e a um valor máximo a partir do momento em que a temperatura se aproxima do ponto de orvalho (Td). Desse modo, a UR tem uma variação inversa à da temperatura do ar (Ts), como pode-se observar na figura acima.

35 Variação temporal da umidade do ar - escala anual
Na escala anual, a UR média mensal acompanha basicamente o regime de chuvas, pois havendo água na superfície haverá vapor d´água no ar. Observa-se na figura que a UR média mensal é maior na estação chuvosa e menor na estação seca.

36 Variação espacial da umidade do ar
Também segue o regime de chuvas das regiões. No estado de São Paulo a UR média anual é maior na faixa litorânea e menor no norte e noroeste do estado.

37 Higrógrafos mecânicos
Temperatura do ar Umidade Relativa Os higrógrafos mecânicos, normalmente associados ao termógrafo bimetálico, usam como elemento sensor, para umidade do ar, o cabelo humano, o qual tem a propriedade de se dilatar e contrair em função da umidade do ar. Esses equipamentos são empregados para a obtenção de medidas contínuas nas estações meteorológicas convencionais e registram os valores de UR no higrograma. Esse equipamento requer calibrações freqüentes, pois o cabelo vai perdendo elasticidade com o tempo.

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40 Referências Sentelhas, Angelocci: Agrometeorologia INMet
Ahrens, Meteorology Today

41 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.

42 Há também Higrômetro do ponto de orvalho.
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.

43 ORVALHO, GEADA E NEVOEIROS
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 2-3oC mais quente.

44 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 vs 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).

45 Nevoeiro/Neblina/Nevoa
Qdo 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.

46 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 (SO4=) e nitratos (NO3-) 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.

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

48 FORMAÇÃO DE GOTAS DE NUVEM E CHUVA

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