Hidrometeorologia Precipitação Por LUCIANO MENESES CARDOSO DA SILVA Engenheiro Civil Especialista em Recursos Hídricos da ANA Doutor em Desenvolvimento Sustentável (UnB - CDS) M.Sc. Recursos Hídricos (UFRGS - IPH) Especialista em Saneamento Ambiental (Universidade de Linköping - Suécia) Slides próprios e obtidos de Tucci, Porto, Ahy e Freitas.

HIDROMETEOROLOGIA

Estuda a água na atmosfera A atmosfera é dividida em 2 camadas HIDROMETEOROLOGIA Estuda a água na atmosfera A atmosfera é dividida em 2 camadas Alta atmosfera e Baixa atmosfera A separação ocorre na Estratopausa (≈ 20 km de altitude) A Baixa atmosfera possui maior interesse para a hidrologia Subdivide-se em Estratosfera e Troposfera A separação ocorre na Tropopausa

HIDROMETEOROLOGIA Estratosfera: espessura variável e fica acima da Troposfera Contém a subcamada de ozônio (O3) Troposfera: entre a Terra e a Estratosfera Espessura varia de 16 km no Equador a 8 km nos pólos Meio de transporte de massas (água, partículas sólidas e poluentes) e energia térmica do Sol

HIDROMETEOROLOGIA Estratopausa Alta atmosfera Tropopausa Baixa atmosfera Estratosfera Troposfera Planeta Terra Ilustração sem escala

HIDROMETEOROLOGIA Tempo e Clima Tempo: condição da atmosfera em dado lugar e instante Compreende: temperatura, pressão, umidade, nuvens, precipitação, visibilidade e ventos “Agora está chovendo muito!” Clima: é o tempo médio observado ao longo dos anos “Aqui, os invernos são secos e frios”

HIDROMETEOROLOGIA Temperatura do ar Medida de sua energia cinética média Medida da velocidade média das moléculas Temperaturas altas  Velocidades altas das moléculas  Maior dispersão  Menor densidade Recíproca verdadeira para temperaturas baixas Ex.: Aquecedor de ar x Congelador de geladeira Calor ≠ Temperatura Calor é a energia no processo de transferência de um objeto mais quente para um mais frio

Pressão atmosférica ou pressão do ar HIDROMETEOROLOGIA Pressão atmosférica ou pressão do ar É o peso que o ar (atmosfera) exerce sobre uma superfície As moléculas do ar ocupam espaço e têm peso Quanto maior a altitude, menor a quantidade de ar, menor a pressão Barômetro instrumento para medição da pressão do ar (pressão barométrica) Experiência de Evangelista Torricelli (1643)

Barômetro de Torricelli Pontos de mesma pressão

Ar atmosférico: mistura de gases HIDROMETEOROLOGIA Ar atmosférico: mistura de gases Ar seco + vapor d’água Ar contém 78% N2, 21% O2 + 1% de vapor d’água e outros gases Comportamento Temperatura, pressão e a concentração de vapor d’água diminuem com o aumento da altitude Umidade atmosférica Fonte das precipitações Controla a taxa de evaporação do solo, dos lagos e a transpiração dos vegetais

HIDROMETEOROLOGIA Umidade atmosférica Refere-se unicamente ao vapor d’água. Não inclui água no estado líquido ou sólido As variações de temperatura são mais significativas que as de pressão Para dada temperatura existe uma quantidade máxima de vapor d’água que o ar pode conter (vapor saturante – 100%) Umidade específica (q) Quantidade de vapor d’água em uma massa de ar q = (massa de vapor)/(massa de ar)

HIDROMETEOROLOGIA Umidade atmosférica Umidade relativa (U%) Quantidade de vapor d’água presente em uma massa de ar dividida pela quantidade máxima possível, a dada temperatura e dado instante U% = (massa de vapor)/(massa máx. de vapor) * 100 Quando U = 100%, tem-se o vapor saturante Ponto de orvalho Temperatura em que uma massa de ar, isobaricamente resfriada, atinge a condição de saturação (gotículas) Resfriamento isobárico: diminuição da temperatura mantendo a mesma pressão

HIDROMETEOROLOGIA Umidade atmosférica Métodos para medir umidade Extração de vapor d’água do ar Passa o ar úmido por um dessecante e pesa-o. A diferença de peso para o dessecante seco é a massa de água contida no ar Psicrômetro ou Termômetro de bulbo seco e bulbo úmido A diferença de temperatura entre os dois termômetros indica, por meio de equações, a umidade Higrômetro Fibras higroscópicas (cabelo, por exemplo) aumentam de comprimento quando a umidade relativa cresce Mediante calibração, um feixe dessas fibras, ligado a um ponteiro indicador, pode ser montado para registrar a umidade relativa

Psicrômetro Gaze USP, 2003.

Higrômetro Feixe de fios higroscópicos (cabelo) Aumentam com a elevação da umidade USP, 2003.

HIDROMETEOROLOGIA Evaporação Passagem da água do estado líquido para vapor sob o efeito da energia solar Fatores Vento Temperatura da água Umidade do ar Presença de massas de água, rios, lagos e oceanos O vento aumenta a evaporação A água quente evapora mais rápido que a fria Em temperaturas mais altas as moléculas têm velocidade suficiente para romper a tensão superficial da água e fugirem para o ar A presença de sais diminui a evaporação (2 a 3%)

HIDROMETEOROLOGIA Evaporação Medição Tanque Classe A USP, 2003.

HIDROMETEOROLOGIA Evaporação Medição Atmômetro USP, 2003.

HIDROMETEOROLOGIA Variação da umidade relativa do ar e a temperatura Com o ar frio da noite, a umidade aumenta. Com o calor do dia, a umidade diminui. Variação da umidade relativa do ar e a temperatura USP, 2003.

HIDROMETEOROLOGIA Vento Ar em movimento As diferenças de pressão atmosféricas causam o movimento do ar Ex.: Cidades litorâneas não resfriam muito à noite por conta do vento quente que sopra do mar para a terra A água do mar se aquece durante o dia A água do mar possui um calor específico maior que o da terra, por isso leva mais tempo para resfriar À noite a terra já esfriou, mas o mar ainda está quente e aquece o ar próximo Esse ar quente gera uma zona de alta pressão que migra para a zona de baixa pressão (terra) A terra recebe ventos de ar quente que vêm do mar e, por isso, não resfria tanto durante à noite.

ANEMÔMETRO: Mede a velocidade do vento USP, 2003.

USP, 2003.

HIDROMETEOROLOGIA Radiação solar ou energia radiante Energia transferida do Sol para qualquer corpo por meio de ondas eletromagnéticas Viaja em forma de ondas de vários comprimentos Libera energia quando são absorvidas por um objeto USP, 2003.

Heliógrafo Esfera de cristal que mede a duração da insolação local. USP, 2003.

Transformações adiabáticas HIDROMETEOROLOGIA Transformações adiabáticas Quando não ocorrem trocas de calor com o meio externo A ascensão abrupta de ar úmido faz encontrar temperaturas menores que provocam a condensação da água (chuva orográfica) Praticamente não há troca de calor com o meio A maioria das transformações que se verifica na natureza são tão rápidas que os ganhos e perdas de calor podem ser desprezados

PRECIPITAÇÃO

PRECIPITAÇÃO Água líquida ou partícula de gelo grande o suficiente para cair sobre o solo O vapor d’água contido na atmosfera constitui um reservatório potencial de água para precipitação As partículas argilosas, orgânicas (pólen), químicas e sais marinhos funcionam como núcleos de condensação Os núcleos mais ativos são partículas de sais marinhos e de combustão

PRECIPITAÇÃO Definição: toda água proveniente do meio atmosférico que atinge a superfície terrestre Tipos: Convectivas, Orográfica e Frontais ou ciclônicas Medição: pluviômetros e pluviógrafos Grandezas que caracterizam a precipitação Altura pluviométrica (mm) Totais diários, mensais e anuais Duração (minutos, hora) Intensidade (mm/hora ...) Tempo de recorrência (anos)

DAEE/SP, 2005

Tipos de precipitação Convectivas São, geralmente, chuvas de grande intensidade e de pequena duração, restritas a áreas pequenas. São precipitações que podem provocar importantes inundações em pequenas bacias.

Orográficas São chuvas de grande a média intensidade e de grande duração, que cobrem pequenas áreas. Frontais ou ciclônicas São chuvas de grande duração, atingindo grandes áreas com intensidade média. Essas precipitações podem vir acompanhadas por ventos fortes com circulação ciclônica. Podem produzir cheias em grandes bacias .

PRECIPITAÇÃO Formas de precipitação Chuva: umidade que cai na direção da terra no estado líquido Neve: cristalização do vapor d’água à temperatura abaixo de 0 °C Granizo: pelotas arredondadas de gelo, ou de gelo e neve, formada de camadas concêntricas de densidade e transparência diferentes Orvalho: condensação da umidade do ar sobre superfícies sólidas frias (abaixo do ponto de orvalho) Geada: semelhante ao orvalho, mas com ponto de orvalho abaixo de 0 °C. O vapor d’água passa direto do estado gasoso para o sólido A geada não é o orvalho congelado!

Obtenção de dados de chuva Estações pluviométrivas ou pluviográficas (PLU)

Grandezas Precipitação Intensidade (i) Freqüência (F) Altura pluviométrica (h) É a altura média da lamina d’água que recobriria, horizontalmente toda a área da bacia hidrográfica (uniformemente distribuída). Unidades: mm, m. Duração (t) Precipitação É o tempo decorrido desde o início até o fim da precipitação. Unidade: hora , min. Intensidade (i) É a velocidade com que se dá a precipitação. Unidade: mm/hora Freqüência (F) É o número de vezes que uma certa precipitação ocorre em relação a um intervalo de tempo fixo.

Precipitação Pluviometria É a medida da quantidade de chuva precipitada em um determinado local. Consiste na medição da altura pluviométrica: pluviômetros e pluviógrafos. Pluviômetro é mais utilizado devido à simplicidade de suas instalações e operação. No pluviômetro é lida a altura total de água precipitada, ou seja, a lâmina acumulada durante a precipitação, sendo que seus registros são sempre fornecidos em milímetros por dia. Precipitação

Precipitação Pluviógrafo Registra a intensidade de precipitação, ou seja, a variação da altura de chuva com o tempo. Consiste de um registrador automático, trabalhando em associação a um mecanismo de relógio; este imprime rotação a um cilindro, envolvido em papel graduado, sobre o qual uma pena grafa a altura da precipitação registrada. Precipitação

Curso Internacional de Medição de Vazão em grandes rios (Manacapuru/AM, julho/2005)

Pluviômetro Pluviógrafo Curso Internacional de Medição de Vazão em grandes rios (Manacapuru/AM, julho/2005)

Pluviógrafo

Pluviógrafo

Gráfico de linha cuja abscissa representa a escala de tempo e a ordenada a altura de precipitação acumulada

Gráfico de barras cuja abscissa representa a escala de tempo e a ordenada a altura de precipitação

PRECIPITAÇÃO Precipitação média numa área Média Aritmética Método de Thiessen Método das Isoietas

Pm = (P1.A1 + P2.A2 + P3.A3 +P4.A4)/(A1+A3+A3+A4) Área total: At = A1+A2+A3+A4 Bacia hidrográfica hipotética

POLÍGONOS DE THIESSEN

Exemplo de Polígonos de Thiessen

(Fonte: Baptista, 1997)

ISOIETAS

Curvas Intensidade-Duração-Freqüência

PRECIPITAÇÃO Preenchimento de falhas Análise de consistência Ponderação regional Regressão linear Ponderação regional com base em Regressão linear Análise de consistência Comprovar o grau de homogeneidade do posto em relação aos vizinhos