RICARDO DE CAMARGO Departamento de Ciências Atmosféricas - IAG/USP Meteorologia – Visão geral Estrutura da atmosfera Procedimentos operacionais RICARDO DE CAMARGO Departamento de Ciências Atmosféricas - IAG/USP

Meteorologia – Visão geral Relevância para a sociedade Noções básicas Estrutura da atmosfera Padrões típicos de superfície e altitude Evolução da Meteorologia Procedimento operacional Meteorologia Sinótica Dados observados Previsão numérica do tempo

Relevância para a sociedade Agricultura Setor energético Transportes Abastecimento Poluição atmosférica Processos erosionais Lazer

Relevância para a sociedade Agricultura plantio, colheita, alternância de culturas granizo, geadas, queimadas Setor energético Transportes Abastecimento Poluição atmosférica Processos erosionais Lazer

Relevância para a sociedade Agricultura Setor energético geração: suprimento para reservatórios transmissão e distribuição Transportes Abastecimento Poluição atmosférica Processos erosionais Lazer

Relevância para a sociedade Agricultura Setor energético Transportes rodovias, portos e aeroportos: visibilidade, condições de operação/acesso distribuição de perecíveis Abastecimento Poluição atmosférica Processos erosionais Lazer

Relevância para a sociedade Agricultura Setor energético Transportes Abastecimento chuva em mananciais manutenção de dutos enchentes Poluição atmosférica Processos erosionais Lazer

Relevância para a sociedade Agricultura Setor energético Transportes Abastecimento Poluição atmosférica dispersão e transporte de poluentes chuva ácida Processos erosionais Lazer

Relevância para a sociedade Agricultura Setor energético Transportes Abastecimento Poluição atmosférica Processos erosionais vento e chuva regiões costeiras e interiores Lazer

Relevância para a sociedade Agricultura Setor energético Transportes Abastecimento Poluição atmosférica Processos erosionais Lazer esportes náuticos e aéreos

Noções básicas O quê é a atmosfera e por quê ela é importante? Características gerais e circulação em larga escala Variáveis atmosféricas de maior interesse

Noções básicas O quê é a atmosfera e por quê ela é importante? a Terra é rodeada por uma atmosfera em movimento constante, com cerca de 800km de espessura, que a protege da radiação solar e comporta todas as formas de vida

Noções básicas O quê é a atmosfera e por quê ela é importante? feita de ar composto pela mistura de oxigênio (21%), nitrogênio (78%), dióxido de carbono (0.037%) e outros gases como hidrogênio, hélio, argônio, neônio, criptônio, xenônio e ozônio, além do vapor d’água

Noções básicas O quê é a atmosfera e por quê ela é importante? cerca de 95% do peso da atmosfera fica nos primeiros 15-20 km acima da superfície

Noções básicas O quê é a atmosfera e por quê ela é importante? cerca de 95% do peso da atmosfera fica nos primeiros 15-20 km acima da superfície considerando a dimensão horizontal (40000 km de circunferência da Terra), é apenas uma “lâmina” de ar que mantém toda a vida do planeta

Noções básicas Características gerais e circulação atmosférica em larga escala estrutura regida pelo aquecimento diferencial entre a região equatorial e os pólos

Noções básicas Características gerais e circulação atmosférica em larga escala estrutura regida pelo aquecimento diferencial entre a região equatorial e os pólos incidência perpendicular versus incidência inclinada de radiação solar

Noções básicas Existe equilíbrio energético em larga escala

Noções básicas Existe equilíbrio energético em larga escala não há aumento contínuo de temperatura na região equatorial e nem diminuição contínua nos pólos

Noções básicas Existe equilíbrio energético em larga escala não há aumento contínuo de temperatura na região equatorial e nem diminuição contínua nos pólos ou seja, globalmente a energia que “entra” é igual à energia que “sai”

Noções básicas → como fica o balanço em larga-escala? Existe equilíbrio energético em larga escala não há aumento contínuo de temperatura na região equatorial e nem diminuição contínua nos pólos ou seja, globalmente a energia que “entra” é igual à energia que “sai” → como fica o balanço em larga-escala?

Noções básicas Devem existir mecanismos de transporte de calor da região equatorial para os pólos

Noções básicas Devem existir mecanismos de transporte de calor da região equatorial para os pólos  circulação geral da atmosfera

Noções básicas Modelo de célula única  terra uniformemente coberta de água  sem rotação

Noções básicas Modelo de célula única  não é observado na prática  o quê faltou considerar?

Noções básicas Modelo de célula única  não é observado na prática  o quê faltou considerar?  ... rotação ...

Noções básicas Presença de água nas diferentes fases

Noções básicas Presença de água nas diferentes fases  sólida, líquida e gasosa

Noções básicas Presença de água nas diferentes fases  sólida, líquida e gasosa  calor sensível: energia envolvida em alterações de temperatura mantendo o estado

Noções básicas Presença de água nas diferentes fases  sólida, líquida e gasosa  calor sensível: energia envolvida em alterações de temperatura mantendo o estado  calor latente: energia envolvida nas mudanças de fase

Noções básicas Presença de água nas diferentes fases  sólida, líquida e gasosa  calor sensível: energia envolvida em alterações de temperatura mantendo o estado  calor latente: energia envolvida nas mudanças de fase fonte de energia de suma importância para os transientes atmosféricos

Noções básicas Existência de diferentes massas de ar definida em termos da região de formação e disponibilidade de umidade

Noções básicas Existência de diferentes massas de ar definida em termos da região de formação e disponibilidade de umidade  Tropical continental  Tropical marítima  Polar continental  Polar marítima

Definição Um grande volume de ar, cobrindo uma superfície de centenas de km2, que tem temperatura e umidade relativamente constante na horizontal Formação Formam-se sobre grandes extensões da superfície terrestre com características homogêneas (oceanos, grandes florestas, desertos,etc.), onde permanecem por longo tempo

Noções básicas Variáveis atmosféricas de maior interesse temperatura pressão umidade vento precipitação

Noções básicas temperatura

Noções básicas temperatura expressa a energia interna de agitação das moléculas unidade: Celsius, Farenheit, Kelvin

Noções básicas temperatura pressão expressa a energia interna de agitação das moléculas unidade: Celsius, Farenheit, Kelvin pressão

Noções básicas temperatura pressão expressa a energia interna de agitação das moléculas unidade: Celsius, Farenheit, Kelvin pressão expressa a força exercida pelo peso da coluna de ar acima do ponto considerado unidade: Pa, bar, mmHg

Variação média vertical global da temperatura e da pressão. termosfera mesopausa mesosfera estratopausa estratosfera tropopausa troposfera Variação média vertical global da temperatura e da pressão.

Centros de alta e baixa pressão Hemisfério Sul

Noções básicas umidade

Noções básicas umidade expressa a quantidade de vapor d’água contida no ar unidade: g/kg

Noções básicas umidade expressa a quantidade de vapor d’água contida no ar unidade: g/kg obs1: quanto mais quente a parcela de ar, mais vapor ela suporta

Noções básicas umidade expressa a quantidade de vapor d’água contida no ar unidade: g/kg obs1: quanto mais quente a parcela de ar, mais vapor ela suporta obs2: o termo mais comumente utilizado é a umidade relativa, que expressa a porcentagem de saturação de uma parcela de ar

Noções básicas vento

Noções básicas vento expressa a magnitude do deslocamento das parcelas de ar unidade: m/s, km/h, nós

Noções básicas vento precipitação expressa a magnitude do deslocamento das parcelas de ar unidade: m/s, km/h, nós precipitação

Noções básicas vento precipitação expressa a magnitude do deslocamento das parcelas de ar unidade: m/s, km/h, nós precipitação expressa a quantidade de água convertida a partir do vapor d’água que atinge a superfície unidade: mm, polegadas

Estrutura da atmosfera Padrões típicos de superfície Campos médios de temperatura, pressão e vento  Janeiro

Estrutura da atmosfera Padrões típicos de superfície Campos médios de temperatura, pressão e vento  Julho

Padrões de superfície Precipitação média anual e correntes oceânicas de superfície

Estrutura da atmosfera Padrões típicos de altitude Presença de estruturas do tipo jatos (núcleos de máxima intensidade)

Estrutura da atmosfera Padrões típicos de altitude Presença de estruturas do tipo jatos (núcleos de máxima intensidade) descobertos na época da Segunda Guerra Mundial

Estrutura da atmosfera Padrões típicos de altitude Presença de estruturas do tipo jatos (núcleos de máxima intensidade) descobertos na época da Segunda Guerra Mundial denotam regiões com acentuados gradientes de temperatura à superfície

escoamento ondulatório de oeste para leste diferentes alturas porque a espessura da camada é proporcional à sua temperatura média

Tropopausa média: Aparece tipicamente entre 9,5 e 11km (210 a 270hPa) na região entre as duas correntes de jato na média troposfera; atinge 13 a 15km em regiões com tempestades severas. Tropopausa tropical: Cobre a região entre os jatos subtropicais de ambos hemisférios e com elevacão de cerca de 17km (120 a 80 hPa); às vezes, ela se estende sobre o jato subtropical, na região da média tropopausa; nos trópicos, também pode ocorrer dupla tropopausa. Tropopausa polar: Entre o jato polar e a região polar propriamente dita, com alturas típicas da ordem de 6 a 8,5km; ou entre 450 e 300 hPa.

Jatos em altitude não tem uma trajetória retilínea leste-oeste tem papel muito importante na evolução do tempo em latitudes médias fornece energia para os transientes atmosféricos na superfície e dirige suas trajetórias O seu monitoramento é importante para a previsão do tempo!

Ondas nas correntes de jato mapas de nível superior revelam que os ventos de oeste seguem percursos ondulatórios que podem ter grandes comprimentos de onda essas ondas contêm cavados e cristas que são determinantes na evolução dos transientes atmosféricos que alteram o tempo

Ondas nas correntes de jato Quase todos os padrões do escoamento extratropical estão dinamicamente relacionados com a curvatura ciclônica ou anticiclônica das correntes de jato Região com curvatura ciclônica é o cavado Região com curvatura anticiclônica é a crista

Ondas nas correntes de jato O movimento vertical e o desenvolvimento de sistemas de tempo são extremamente diferentes nas duas seguintes regiões entre cristas e cavados: Região ativa: a juzante do cavado, onde normalmente é encontrado movimento ascendente de ar, sendo favorável para ciclogêneses, frontogêneses, formação de nuvens e precipitação

Ondas nas correntes de jato O movimento vertical e o desenvolvimento de sistemas de tempo são extremamente diferentes nas duas seguintes regiões entre cristas e cavados Região inativa: a montante do cavado, onde encontra-se o anticiclone de latitudes médias, frontólise junto à superfície e dissipação de nuvens.

Evolução da Meteorologia Observação versus teoria A classificação dos fenômenos deve ser feita de acordo com suas características físicas ou em termos de leis governantes??

Evolução da Meteorologia A sinótica é altamente baseada em observações A dinâmica baseia-se na aceitação de leis físicas e deduções sobre o comportamento atmosférico regido por tais leis

Evolução da Meteorologia A sinótica é altamente baseada em observações Por um lado, pode-se observar determinado fenômeno, depois descrever suas características, depois analisá-lo para aprender porquê é formado e porquê se comporta daquela maneira e finalmente poder prevê-lo. Exemplo: ciclones extratropicais

Evolução da Meteorologia A dinâmica baseia-se na aceitação de leis físicas e deduções sobre o comportamento atmosférico regido por tais leis Por outro lado, a existência de determinado fenômeno pode ser prevista pelo conhecimento de uma lei física e então procurar observá-lo. Exemplo: ondas de gravidade

Evolução da Meteorologia O meteorologista sinótico representa o lado intuitivo enquanto que o meteorologista dinâmico representa o lado dedutivo O sinótico "descobre" as leis, enquanto que o dinâmico prova que a lei está correta e tenta compreendê-la

Evolução da Meteorologia O melhor exemplo de aplicação de princípios dinâmicos na sinótica é a teoria quase-geostrófica, a qual é baseada nas observações mas foi desenvolvida pelos teóricos através da lógica

Evolução da Meteorologia synoptikos: visão geral de um todo

Evolução da Meteorologia synoptikos: visão geral de um todo Meteorologia: dimensões horizontais e tempo de duração de fenômenos atmosféricos

Classificação dos fenômenos atmosféricos subdivisão de acordo com a ordem de grandeza da escala horizontal de cada fenômeno

Classificação dos fenômenos atmosféricos subdivisão de acordo com a ordem de grandeza da escala horizontal de cada fenômeno Orlanski: prefixos macro, meso e micro acompanhados de letras gregas

A: rodamoinho B: tornados e trombas d’água C: nuvens cumulus D: “downburts” E: frentes de rajada F: mesociclones G: tempestades H: circ. locais do tipo brisa lago/terra/oceano e vale/montanha I: bandas de precipitação J: frentes costeiras K: sistemas convectivos de mesoescala L: jato de baixos níveis M: “dryline” N: ciclones tropicais O: jato de altos níveis P: frentes de superfície Q: ciclones e anticiclones extratropicais R: cavados e cristas no escoamento de oeste

“ESCALA” DOS FENÔMENOS METEOROLÓGICOS Sistemas “muito” diferentes

Evolução da Meteorologia Influência tecnológica teve papel fundamental

Evolução da Meteorologia Influência tecnológica teve papel fundamental 1840: invenção do telégrafo vários anos de observações da estrutura da atmosfera à superfície (2D)

Evolução da Meteorologia Influência tecnológica teve papel fundamental 1840: invenção do telégrafo vários anos de observações da estrutura da atmosfera à superfície lembrando da adoção do Greenwich Meridian Time (GMT) 1920: teoria da frente polar

1930-1940: radio-sondas, estudos teóricos & criação de computadores observações da estrutura 3D & criação da teoria quase-geostrófica

1930-1940: radio-sondas, estudos teóricos & criação de computadores observações da estrutura 3D & criação da teoria quase-geostrófica 1950: primeira previsão numérica em computador e verificação da teoria quase-geostrófica

1930-1940: radio-sondas, estudos teóricos & criação de computadores observações da estrutura 3D & criação da teoria quase-geostrófica 1950: primeira previsão numérica em computador e verificação da teoria quase-geostrófica 1960-1970: satélites e estudos de efeitos não-quase-geostróficos

1930-1940: radio-sondas, estudos teóricos & criação de computadores observações da estrutura 3D & criação da teoria quase-geostrófica 1950: primeira previsão numérica em computador e verificação da teoria quase-geostrófica 1960-1970: satélites e estudos de efeitos não-quase-geostróficos 1980-1990: perfiladores via radar, redes observacionais, sondagens via satélites e computadores cada vez mais poderosos

Os eventos que os meteorologistas observam, analisam e tentam prever são de certa foram misteriosos, pois nem todas as leis físicas relevantes são completamente compreendidas, além do fato de que o estado atual da atmosfera não é conhecido perfeitamente. Desta forma, em grande parte dos casos, não é possível fazer previsões perfeitas e precisas.

Procedimento Operacional A Meteorologia Sinótica é definida como a análise meteorológica e a previsão de tempo São usados dados obtidos simultaneamente sobre uma grande área com a finalidade de apresentar um ''retrato'' detalhado e quase instantâneo do estado da atmosfera naquele momento Antes da era dos computadores, isto compreendia a preparacão, análise e interpretação de cartas meteorológicas

Procedimento Operacional Dados observados Dados dos aeroportos – METAR Dados da rede sinótica – SYNOP Dados de navios – SHIP Dados de altitude – UPPER AIR Dados de rotas aéreas – AIREP Dados observados por satélites – SATOB

METAR

SYNOP

A rede de observação de superfície da WMO

Esquema dos componentes do sistema de telecomunicação global da WMO

SHIP

UPPER AIR

AIREP

SATOB

SATOB

SATOB

SATOB

SATOB

SATOB

GOES LANDSAT

SATOB

Previsão numérica do tempo Modelos meteorológicos Equações do movimento e termodinâmica Escala global: não requer condições de contorno Escala regional: condições de contorno dadas por modelos globais Condições iniciais

Previsão numérica do tempo Equações: 2a. Lei de Newton Continuidade Termodinâmica Representação Solução:

Automaticamente Manualmente

“Cartas sinópticas” e diagramas

“PREVISÃO NUMÉRICA” CPTEC INMET

detalhamento elevado) PREVISÃO DE TEMPO Dados Globais GTS (INMET) Satélite Geoestacionário e da Órbita Polar Redes de Observação Regional e Local Radar Meteorológico OBSERVAÇÕES DADOS ) ) ) Modelo Reg. ETA (CPTEC) Modelo de Mesoescala ) Mod. Global (CPTEC) ) CC FG CC FG MODELAGEM Técnicas de Interpretação, Validação, Métodos Estatísticos: MOS, PP, Adição de Valor, Detecção de Erros, Melhorias das Técnicas e Produtos Especiais PESQUISADOR METEOROLOGISTA ANALISTA Prev. de Curto Prazo (resolução média - maior detalhamento espacial) Prev. de Médio Prazo (baixa resolução espacial) Prev. de Curtíssimo Prazo (previsão imediata - detalhamento elevado) PRODUTOS