Componentes do sistema climático A água no sistema climático Leis fundamentais do sistema climático A energia no sistema climático José Pinto Peixoto O sistema climático e as bases físicas do clima http://www.associacaoprofessorjpintopeixoto.org/ Meteorologia e Climatologia - UALG

Sistema climático é constituído por 5 subsistemas: atmosfera hidrosfera Criosfera Litosfera biosfera Todos estes subsistemas interactuam entre si, visto serem sistemas abertos (há transferência de massa), não isolados (há transferência de energia). O sistema climático do ponto de vista termodinâmico é portanto um sistema composto, não isolado. Meteorologia e Climatologia - UALG

Tipos de sistema aberto especiais: Sistemas abertos : Os valores instantâneos das suas propriedades podem variar, podendo no entanto manter-se constantes ao longo de longos intervalos de tempo. A uma variação das condições do ambiente, através das paredes do sistema, este reage adaptando-se às novas condições fronteira. Podem ter uma multiplicidade de estados estacionários, assim como uma infinidade de níveis de equilíbrio. Tipos de sistema aberto especiais: Sistemas evanescentes – caracterizam-se por um decaímento sucessivo das suas propriedades (ex. rio num período estival) Sistemas ciclicos – apresentam variações periódicas (ex. radiação solar) Sistemas aleatórios – não têm organização visível e apresentam comportamento estocástico, isto é, em que a sua ocorrência é imprevisível no tempo (ex. movimento turbulento na camada limite da atmosfera). Meteorologia e Climatologia - UALG

Retracção ou auto-realimentação (feedback) Relação entre entradas e saídas num sistema Retracção ou auto-realimentação (feedback) negativa positiva Tendência para o equilíbrio estável Tendência para situação instável Meteorologia e Climatologia - UALG

Natureza das propriedades que caracterizam o sistema climático: Processos físicos: evaporação e transpiração, transferência de calor e de quantidade de movimento Termodinâmica Mecânica Temperatura da atmosfera, dos oceanos, dos continentes Composição da atmosfera, salinidade dos oceanos, pressão, densidade, etc. Transições de fase da água, humidade, núvens, ect. Velocidade do vento Velocidade das correntes oceânicas, etc. Meteorologia e Climatologia - UALG

A água no sistema climático ar Oceanos – contêm 97.3% da água no sistema climático Criosfera (glaciares e calotes polares) – contêm 2.15% Lagos, rios, mares interiores e atmosfera – contêm 0.65% Os recursos em água participam no sistema de circulação do sistema climático com escalas espaço-temporais muito diferentes. Estas diferenças residem na velocidade com que se verifica o transporte da água e na rapidez com que ocorrem as transições de fase. Meteorologia e Climatologia - UALG

Tempo de trânsito da água no ciclo (=> tempo de residência): Dias na atmosfera Milénios nas águas profundas do oceano Semanas até milénios nos continentes dependendo do meio (rio, gelos polares…) Décadas a milénios em aquiferos subterrâneos confinados Meteorologia e Climatologia - UALG

Admitindo que a precipitação média do globo é cerca de 100 cm por ano a quantidade de vapor de água armazenada na atmosfera seria apenas suficiente para assegurar a precipitação durante 10 dias aproximadamente. Meteorologia e Climatologia - UALG

Formas de energia no sistema climático Energia radiante Energia térmica Energia potencial Energia cinética Energia química Energia eléctrica e magnética Meteorologia e Climatologia - UALG

Lei da gravidade (lei de Newton) Comportamento do sistema climático é regido pelas seguintes leis fundamentais da física: Lei da gravidade (lei de Newton) Primeira e segunda lei da termodinâmica Lei fundamental da dinâmica (exprime a variação da quantidade de movimento em termos das forças que as produzem. A sua aplicação aos fluidos são as equações de Euler) Lei da conservação da massa Meteorologia e Climatologia - UALG

1ª lei da termodinâmica A energia global do sistema não pode ser gerada nem destruída, mantém-se invariante 2ª lei da termodinâmica A entropia aumenta em todos os processos naturais e a utilizabilidade, a ordem e a organização das formas de energia diminui. Meteorologia e Climatologia - UALG

Todo o sistema entregue a si mesmo evolui num sentido de maior desordem e de entropia mais elevada. A entropia é um índice da medida em que a energia disponível num dado subsistema se transforma numa energia menos disponível devido à evolução do estado do susbsistema. Em processos naturais a entropia aumenta sempre mas não opera regularmente como um relógio, ou seja não aumenta a ritmo constante. Meteorologia e Climatologia - UALG