INTRODUÇÃO ÀS CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS Parte 1

Conteúdo Conceitos básicos Evolução e história Formação e composição da atmosfera Camadas atmosféricas Radiação solar Ozônio estratosférico Efeito estufa Água na atmosfera Umidade e pressão de vapor Condensação: nevoeiros, orvalho e nuvens Estabilidade e formação de nuvens Movimentos da atmosfera Rotação da Terra e sua influência na atmosfera Vento geostrófico e força de Coriolis Sistemas atmosféricos (massas de ar, frentes, ciclones etc) Clima e mudanças climáticas

Parte 1 Ciências atmosféricas e a meteorologia Conceitos básicos Evolução histórica da meteorologia

Ciências Atmosféricas Ciências atmosféricas: estudo da atmosfera da Terra na sua forma mais ampla, envolvendo todos os fenômenos atmosféricos, como por exemplo: Eletricidade atmosférica Formação de nuvens Precipitação Tempestades Ciclones extratropicais e furacões Mudanças climáticas, etc

Áreas das ciências envolvidas Meteorologia; Oceanografia; Geologia; Astronomia; Geoquímica; Glaciologia; Matemática aplicada e ciência da computação; Física solar e do espaço; Física do aerossol; Sensoriamento remoto; Biometeorologia Etc.

Meteorologia Meteorologia é a ciência que estuda a atmosfera da Terra com enfoque na descrição e previsão dos padrões de tempo e clima. METEOROS(μέτέορος) em grego significa suspenso no ar. Os termos “meteoros” ou “meteoritos” são utilizadas para denominar os corpos que atingem a Terra, tem a mesma origem e significado.

TEMPO METEOROLÓGICO: estado da atmosfera relativo a temperatura, nuvens, precipitação, vento etc. CLIMA: tempo meteorológico médio de uma determinada região. Vem da palavra grega κλιμα que significa “inclinação”.

Meteorologia - Climatologia Meteorologia: descreve os fenômenos atmosféricos e a sua variação temporal; Climatologia: descreve os fenômenos atmosféricos de longo período de tempo do ponto de vista estatístico.

Meteorologia Meteorologia física Meteorologia sinótica Meteorologia dinâmica

Meteorologia Física A meteorologia física descreve a estrutura e a composição da atmosfera, os processos físicos envolvidos em seus fenômenos e a propagação de energia A meteorologia física também aborda os aspectos físicos da atmosfera associados a processos químicos, incluindo o estudo dos fenômenos da alta atmosfera denominado de “Aeronomia”.

Aurora Polar

Termodinâmica da Atmosfera Perfil da Radiossondagem Para S.Paulo Capital

Meteorologia Sinótica Na meteorologia sinótica os movimentos atmosféricos de grande escala são descritos, analisados e previstos. A meteorologia sinótica está enraizada nos métodos empíricos que surgiram no começo do século 20, com o estabelecimento da rede de observações simultâneas (sinóticas) de superfície. A palavra grega synoptikos (σινοτικος) significa “obter uma visão geral de um local”.

Mapa de pressão atmosférica

Precipitação - Catarina

Meteorologia Dinâmica Os movimentos atmosféricos são descritos a partir das leis da dinâmica dos fluidos. Leis da dinâmica dos fluidos: Leis de Newton aplicadas a atmosfera. Segunda Lei de Newton (F = m a).

Terra é um sistema de referência não inercial

História de Meteorologia A meteorologia surgiu na antiguidade com trabalho “METEOROLÓGICA” escrito por Aristóteles (384 – 322 aC)

Torres dos Ventos Atenas, século I aC

Galileu Galilei No século XVI, Galileu Galilei, estabeleceu as bases científicas para a observação dos fenômenos meteorológicos através da invenção de termômetro. Galileu Galilei, 1564-1642.

Invenção do Termômetro Retrato descrevendo o experimento de Galileu sobre temperatura. Termômetro de Galileu.

Leonardo da Vinci Sensor de umidade do ar inventado por Leonardo da Vinci (1452-1519)

Higrômetro (umidade do ar) Higrômetro de fio de cabelo humano inventado por Horace Bénédict de Saussure (1783).

Anemômetro (Velocidade do Vento) Sensor de velocidade do vento inventado por Leonardo da Vinci (1452-1519).

Anemômetro de concha Anemômetro de concha utilizado para medir velocidade do vento em 1880.

Anemômetro de hélice Mede a velocidade e a direção do vento.

Anemômetro sônico Mede velocidade do vento medindo a variação na fase da onda de som produzida pelo deslocamento do ar (Efeito Doppler).

Telégrafo Em meados do século XIX, a meteorologia ganhou um grande impulso com o surgimento do telégrafo (1837-43). O Telégrafo permitiu transmitir as informações meteorológicas, feitas de forma rotineira, em diferentes partes do mundo. Surgiram os primeiros mapas meteorológicos de superfície e as primeiras tentativas de formular os mecanismos físicos associados aos ventos e as tempestades.

Organização Meteorológica Internacional Em agosto de 1853 foi realizada em Bruxelas, Bélgica, a primeira conferência Meteorológica Internacional. 1873 é fundada em Viena, Áustria, a Organização Meteorológica Internacional (“International Meteorological Organization”), com objetivo de organizar a rede de observação meteorológica e disponibilizar as informações para os países membros. Foi feita a padronização nas técnicas e horários de observação.

Teoria da Frente Polar Na década de 1920 foi formulada a teoria da Frente Polar (“Polar Front”) pela “Escola Norueguesa”. A escola norueguesa de meteorologia foi formada por Vilhelm Bjerknes (1862-1951), físico norueguês que, entre outras coisas, desenvolveu o “Teorema da Circulação” e estabeleceu as bases matemáticas para previsão de tempo. Vilhelm Frimann Koren Bjerknes (1862-1951), Oslo, Noruega.

Teoria do Ciclone Extratropical Nesse período Jacob Bjerknes (1895-71), filho de Vilhelm Bjerknes, publicou o artigo clássico “On the structure of moving cyclones” introduzindo o conceito de ciclone extratropical, um conceito fundamental para o desenvolvimento da previsão tempo. Jacob Aall Bonnevie Bjerknes, 1897-1975, Estocolmo, Suécia.

Vorticidade Rossby foi um forte defensor da vorticidade como propriedade fundamental na análise dos escoamentos atmosféricos de larga escala. A solução da equação da conservação de vorticidade obtida por Carl Rossby ganhou bastante reconhecimento, passando a ser denominada de “Ondas de Rossby” em sua homenagem. Carl-Gustav ROSSBY (1898-1957).

Previsão numérica de tempo Em 1922, o meteorologista Britânico Lewis Fry Richardson publicou um trabalho onde foi apresentado, pela primeira vez, o resultado da previsão de tempo através da solução numérica das equações do movimento. Lewis Fry Richardson, 1881-1953, Newcastle, Inglaterra.

Radiosondagem Na década de 1940 começaram a ser realizadas as sondagens verticais de temperatura, umidade e vento, com balões atmosféricos de forma rotineira em diferentes partes do mundo. Surgiram as primeiras descrições tridimensionais dos campos de temperatura, vento e umidade.

Perfil vertical de temperatura potencial e umidade específica

Meteorologia do pós-guerra Na década de 1950 iniciou-se o desenvolvimento de computadores com objetivo da previsão do tempo. Na década de 1950 os radares, desenvolvidos durante a segunda guerra mundial, foram adaptados para medir gotas de nuvem e precipitação. Em 1960 for lançado o primeiro satélite meteorológico TIROS I, iniciando a era espacial da meteorologia.

Organização Meteorológica Mundial Criada em 23 de março de 1950, para suceder a OMI, a Organização Meteorológica Mundial (OMM) é uma agência das Organizações das Nações Unidas (ONU) especializada em meteorologia (tempo e clima), hidrologia operacional e ciências geofísicas relacionadas. OMM ou World Meteorological Organization (WMO) Web - http://www.wmo.int/

OMM A OMM é a voz autorizada da ONU sobre o estado e o comportamento da atmosfera da Terra, sua interação como os oceanos, o clima que ela produz e a distribuição resultante dos reservatórios de águas.

Objetivos da OMM Facilitar a cooperação em escala mundial na instalação de redes de estações para a execução de observações meteorológicas, hidrológicas e outras observações geofísicas relacionadas com a meteorologia e promover a criação e manutenção de centros destinados à prestação de serviços de meteorologia e afins; Padronização das observações meteorológicas e afins e assegurar a publicação uniforme das observações e estatísticas; Padronização das observações e publicações;

Objetivos da OMM O desenvolvimento da hidrologia operacional; Sistema de processamento e troca de dados; Aplicações para o desenvolvimento sócio-econômico (transporte, água, agricultura, oceanos, controle de poluição, etc), proteção ambiental e formulação de políticas para prevenção e mitigação de desastre; Pesquisa e treinamento. IPCC – Painel Inter-governamental de Mudanças Climáticas.

Meteorologia atual Satélites apresentam resolução espacial da ordem de metros. Sondagens atmosféricas são feitas com GPS. Supercomputadores permitem previsão de tempo com 3 dias de antecedência com índice de acerto da ordem de 90%.

Início da Meteorologia no Brasil Em 1827 por D. Pedro I cria o Observatório Astronômico. Em 1888, o Ministério da Marinha criou a Repartição Central Meteorológica e começou a instalar postos meteorológicos em vários pontos do território nacional, além do Observatório Central, situado no Morro de Santo Antônio, no Rio de Janeiro. Início das medidas sistemáticas em São Paulo em 1887 na Rua da Consolação

anos Jan Fev. mar abril maio junho julho agos set out nov dez média 1887 18,0 17,4 16,6 15,1 12,3 10,9 10,2 10,4 14,0 14,6 14,7 17,5 14,3 1888 15,8 16,8 17,0 16,4 13,5 11,9 12,6 17,3 19,7 18,9 15,6 1889 19,3 18,7 19,1 14,4 10,3 12,0 14,5 16,0 18,6 15,3 1890 18,4 18,2 13,7 8,9 10,6 17,1 1891 18,8 15,4 12,4 11,6 11,0 15,5 1892 19,5 6,8 11,5 12,8 14,2 14,9 14,1 1893 17,7 13,1 11,8 10,7 8,1 12,5 12,7 12,9 1894 17,8 16,7 13,9 9,0 6,7 8,8 15,2 13,4 1895 16,9 12,1 8,5 8,6 11,2 11,7 13,8 1896 13,6 9,8 10,8 15,9 1897 11,1 1898 10,0 17,2 1899 18,1 10,5 16,3 1900 17,6 9,7 13,3 14,8 2002 22,3 21,4 23,6 22,2 15,7 19,2 22,0 22,6 20,4

Criação do INMET Em 1909 é fundada o Instituto Nacional de METeorologia do Brasil (INMET). Atualmente o INMET é um órgão pertencente ao Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. O INMET é responsável pela meteorologia no Brasil, representando o País junto à Organização Meteorológica Mundial (OMM), entidade das Nações Unidas para meteorologia e hidrologia. Sua sede no Brasil, está localizada em Brasília (http://www.inmet.gov.br).

Primeiras previsões de tempo A partir de 1917, o INMET passou a publicar as previsões de tempo para o Estado do Rio de Janeiro, coordenadas pelo meteorologista Joaquim Sampaio Ferraz. Em 1964 foi criado o Departamento de Meteorologia no Instituto de Geociências da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Em 1964 entrou em operação de forma rotineira no Brasil o sistema de sondagem através de radiossondas.

Meteorologia do Brasil entra na era dos satélites Em 1968, o serviço de previsão do Departamento Nacional de Meteorologia começou a receber e utilizar as fotos transmitidas pelos satélites meteorológicos “ESSA” e “NIMBUS”. A partir de 1970, o Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE), em São José dos Campos, Estado de São Paulo, passou a receber e retransmitir os dados e as imagens fornecidas pelos satélites meteorológicos, o europeu “METEOSAT” e o norte-americano “GOES”.

Cursos de Meteorologia no Brasil Em 1958, foram criados cursos de formação de técnicos em meteorologia. As décadas de 60-80 foram marcadas pelo surgimento dos cursos de graduação e pós-graduação em meteorologia na Universidade de São Paulo, Universidade Federal Pelotas, Rio de Janeiro, Pará, Paraíba e Alagoas. A década de 1990 foi marcada pelo estabelecimento da previsão numérica de tempo no INMET e INPE.