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

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

Movimentos Atmosféricos 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 x

Conceitos Básicos Velocidade Angular Taxa de giro de um sistema em torno de um ponto de referência. No caso da Terra: t ___ = V S =   e Como S = r , V =  r Velocidade Angular da terra  ~ 7,3x 10-5 rad/s Velocidade Linear Raio da terra

Aceleração da Partícula Sinal negativo, a é dirigido p/ o centro O Conceitos Básicos 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 V1 = V2 = V (em módulo) a t = V  V a =  , r V2 a = - 2 r Como Primeira lei de Newton, um corpo em movimento continuará em movimento, com velocidade constante, a menos que uma força resultante externa atue sobre ele. Aceleração da Partícula Na forma Vetorial Sinal negativo, a é dirigido p/ o centro O

Conceitos Básicos Conservação do Momento Angular ( 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

Conceitos Básicos ( r V ) é Cte Experiência, pessoa girando uma pedra presa a um fio que se enrola com o tempo... V1 t=1 V2 t=2 t=3 V3 ( r V ) é Cte Pela lei da conservação do momento angular r aumenta, V diminui r diminui, V aumenta

Conceitos Básicos Conservação do Momento Angular No caso da Terra, parcelas de ar giram em eixos perpendiculares ao eixo de rotação L =  Rt2 cos2 () Latitude Raio da Terra Exemplo 1: Parcela no Equador, em repouso em relação a superfície da Terra V =  Rt 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´ = 2V 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

FORÇAS FUNDAMENTAIS QUE ATUAM 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 Forças preponderantes na atmosfera gravitacional devida ao gradiente de pressão fricção Referencial inercial (estrelas fixas) 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

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.

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

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

Parâmetros típicos de Escala sinótica Análise de Escala Sinótica Parâmetros típicos de Escala sinótica U ~ 10 ms-1 p/ ~ 103 ms-2 W ~ 10-2 ms-1 L/U ~ 105s L ~ 106 m a ~ 107m D ~ 104 m fo ~ 10-4 A B C D E F Componente X du -2vsen + 2wcos + uw - uvtg = -1p dt a a x Componente Y dv -2usen + vw - u2tg = -1p dt a a y U2 foU foW UW U2 p 10-4 10-3 10-6 10-8 10-5 10-3

Vento Geostrófico Aproximação Geostrófica Balanço entre a força de coriolis e do gradiente de pressão HN Baixa Alta Fco Fp Vg 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

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

Vento Ciclostrófico Aproximação Ciclostrófica Balanço entre a força gradiente de pressão e centrífuga Equador B Fco Fp Fce HN 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

Vento Térmico VT = Vg1 – Vg2 Diferença entre o vento geostrófico de dois níveis de pressão (superior (1) – inferior (2)) 5.300 5.400 5.500 5.600 5.700 5.800 0 100 200 300 400 500 600 5.500 5.400 5.300 5.200 5.100 5.000 4.900 Z2 (1000 hPa) Z1 (500 hPa) Espessura entre 1000 e 500 hPa Vg2 Vg1 VT -Vg2 Sopra paralelo as isotermas (isolinhas de espessura) Somente existe se houver um gradiente horizontal de temperatura Tem a mesma direção das isolinhas de espessura (1000-500) Deixa AR FRIO a DIREITA e AR QUENTE a ESQUERDA - HS

Variação do vento com a Altura Vg1 = VT + Vg2 Conhecendo campo de temperatura e vento numa superfície mais baixa (p2) posso estimar Vg1 na superfície mais alta T0 +1 Situação 1 Situação 2 Advecção Quente T0 T0 +2 0 0 +1 VT Vg2 Vg1 T0 +4 Advecção Quente (fria): ângulo entre Vg2 e Vg1 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

Exemplos Ar Frio Ar Quente VT Vento Gradiente Vento Geostrófico

Exemplos Vento Gradiente Vento Geostrófico

Exemplos Vg2 Vg1 Giro horário: advecção fria Giro anti-horário: advecção quente

Equação da Continuidade 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) * Considerando o ar incompressível (  é constante)

Exemplos ETA