Meteorologia

1. Meteorologia

2. Estrutura da Atmosfera 1.Temperatura 2. Pressão e Altura Geopotencial Umidade Distribuição Vertical de Temperatura e de Gases "Estufa” Relação entre Pressão e Densidade Estrutura de Pressão e Densidade Ventos

3. TemperaturaDependência Latitudinal da Radiação Incidente • Média Anual figura 5.1 • Fluxo Incidente Médio no Equador: • Fluxo Incidente Médio Global: Fig. 1. Distribuição Latitudi-nal Média Anual da Radiação incidente.

4. Dependência Latitudinal da Radiação Incidente • Sazonal • Fluxo solar instan-tâneo por unidade de área é máximo no ponto subsolar. • Periélio em janeiro Fig. 2. Verão no HS Fig. 3. Revolução

5. Dependência Latitudinal da Radiação Emergente • Radiação Emergente: • varia menos com a latitu-de; • vapor d’água é o principal emissor, logo depende for-temente da temperatura; • no nível que a atmosfera é transparente à radiação terrestre, temperatura está aproximadamente igual (a altitudes diferentes); • não existe controle geo-métrico. Fig. 4 Saldo líquido nos trópicos e déficit líquido nas latitudes altas

6. Temperatura na Troposfera Fig.5. Temperatura Média Anual promediada zonalmente, em oC. Diminui verticalmente, diferença entre pólo e Equador é de cerca de 30 oC.

7. Temperatura Potencial na Troposfera Fig. 6. Temperatura Potencial Média Anual promediada zonalmente, em oC. Aumenta verticalmente.

8. Temperatura da Estratosfera Fig.7. Distribuição de Temperatura Média promediada zonalmente, em oC, no solstício do verão boreal.

9. Balanço de Energia da Atmosfera • Diferenças de temperatura entre Equador e pólo são menores do que às que haveria, por balanço de radiação. • Exemplo: pólo no inverno, não há balanço. • Como há equilíbrio local e global  outras formas de transporte de energia além da radiação. Movimento de fluido, na vertical e horizontal.

10. Balanço de Energia da Atmosfera Fig. 8 Balanço de Energia Local

11. Balanço de Energia da Atmosfera • Transporte Dinâmico = resultado tanto dos ventos atmosféricos quanto das correntes oceânicas • Escoamento líquido através de cada hemisfério é de cerca de 5.1015 W.

12. Pressão e Altura GeopotencialAlturas das Superfícies de Pressão • Usa-se pressão em vez de altura como coordenada vertical:

13. 5.2.1 Alturas das Superfícies de Pressão • A altura geopotencial z(p) é definida como: • z2-z1=z é a espessura de uma camada da atmosfera, entre p1 e p2.

14. Superfícies Isobáricas Fig 9 A geometria das superfícies de pressão. p1>p2>p3>p4, onde p1, p2, p3 e p4 são superfícies de pressão constante.

15. Superfícies Geopotenciais onde a variação é das latitudes frias para as quentes e p(0) é a pressão superficial. Se T= 30 ºC, a superfície de 500 hPa cai z= 608m, como observado. Fig 10 A altura da superfície de 500 hPa em janeiro, em dm.

16. Superfícies Geopotenciais As camadas atmosféricas são espessas nas regiões tropicais, porque elas são quentes e finas nas regiões polares frias. Fig 11 Altura geopotencial média zonal (m) para condições de média anual, valores são a diferença de um valor de referência.

17. Umidade Específica Fig 12 Umidade Específica média zonal (g/kg) para condições de média anual.

18. Umidade Relativa Fig 13 Umidade relativa média zonal (%) para condições de média anual.

19. Convecção Fig 14 Secagem devido a convecção

20. VentosDistribuição de Ventos Fig 15 Circulação proposta por Hadley, formada por uma célula meridional gigante estucada do Equador ao pólo.

21. Distribuição de Ventos Fig 16 Seção de corte meridional dos ventos zonais (m/s), sob condições anuais (topo), dezembro, ja-neiro e fevereiro (DJF, no meio) e junho, julho e agosto (JJA, embaixo).

22. Distribuição de Ventos Fig 17 Seção de corte meridional dos ventos zonais em direção ao norte (m/s), sob condições anuais (topo), dezembro, janeiro e fevereiro (DJF, no meio) e junho, julho e agosto (JJA, embaixo).

23. Distribuição de Ventos Fig 18. Função de corrente de over-tuning meridional na média anual sob condições anuais (to-po), DJF, (no meio) e JJA (embaixo). Uni-dades de 1010kg/s. Escoamento circula ao redor de centros positivos (negativos) no sentido horário (anti-horário). Na mé-dia anual, o ar ascende ao norte do Equador e desce em torno de 30o N ou S.

24. Turbilhões e Ondas Fig 19 Pressão na superfície

25. Distribuição Vertical de Temperatura • Estrutura vertical é qualitativamente similar em todos os pontos; • Perfil característico  40oN em dezembro; • Temperatura promediada pela massa é de 255 K.

26. Distribuição Vertical de Temperatura • Efeito do Sol  3 regiões quentes;  regiões onde radiação solar é absorvida em comprimentos de onda diferentes.

27. Termosfera • Primeira região quente  T alta e variável; • Região de absorção de UV pelo oxigênio (O2 e O); • O2 O e CO2 são fotoionizados por UV energético (<0,1 ); • Perda de IR é pequena e T é alta (até 1000 K).

28. Termosfera • Ar é tênue e são poucas colisões, logo não existe conexão entre T e radiação térmica (T4); • Ionosfera  nesta e nas altitudes acima, atmosfera ionizada reflete ondas de rádio.

29. Mesosfera • Da mesopausa (80-90 km) até a estratopausa (~50 km), a temperatura aumenta até o segundo ponto quente.

30. Estratosfera • Máximo no topo  absorção de UV de comprimento de onda médio (0,1 a 0,35 m) ; • Estratosfera é muito estratificada, pouco misturada e tem longos tempos de residência de partículas • Próximo ao equilíbrio radiativo.

31. Distribuição Vertical de Ozônio • Camada de ozônio é resultado da foto-dissociação do O2; • Ozônio é o principal absorvedor de UV; • Pico concentração de ozônio em 20 km, pois a camada de ozônio é opaca ao UV (a maior parte do UV é absorvido no topo da camada).

32. Estratosfera

33. Troposfera • Tropopausa entre 8 e 16 km, dependendo da latitude e da estação do ano. • Troposfera T aumenta até a superfície; • Contém 85% da massa da atmosfera; • É onde o “tempo” acontece!

34. Distribuição Vertical de Vapor • Troposfera contém quase todo o vapor de água, que é o principal gás estufa; • Quantidade de vapor, devido a relação de Clausius-Claperyron, diminui com altura, porque T diminui com a altura; • (Ar frio não consegue conter tanto vapor de água quanto ar quente.)

35. Equilíbrio Radiativo • Troposfera aquece-se pela absorção de IV pelo H2O; • Estratosfera é aquecida (e criada) pela absorção de UV pelo O3; • Estrutura térmica na troposfera não pode ser explicada somente por equilíbrio radiativo.

36. Distribuição Vertical de Temperatura • Em resumo ...

37. Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático • Qual é a distribuição vertical de pressão e densidade, dado o perfil vertical de temperatura estudado? • Se atmosfera em repouso = estática  • pressão só depende do peso; • peso só depende da densidade.

38. Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático • Este é o Balanço Hidrostático ! • Definindo: • z aumenta a partir da superfície; • g tem sentido contrário; • coluna vertical de ar com área da base A e altura z; • pressão e densidade são funções de z (mas podem ser de x, y e t).

39. Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático onde p é o aumento de pressão de z até z-z

40. Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático Se z é pequeno:

41. Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático A massa do cilindro é:

42. Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático • Cilindro não está acelerando, logo a soma de forças é NULA! • Forças verticais atuando: • força gravitacional: Fg= -gM= -g A z • força de pressão no topo FT=-p A ; • força de pressão no base FB=(p+ p)A. • Logo: Fg+FT+FB=0

43. Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático • Se Fg+FT+FB=0, então:

44. Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático • Como: então: Esta é a Equação do Equilíbrio Hidrostático!!!!

45. Massa por unidade de área da coluna atmosférica acima de z. Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático • Se: então:

46. Massa por unidade de área da coluna atmosférica acima de z. Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático • Se: então:

47. Relação entre pressão e densidade: Balanço Hidrostático • Na superfície:

48. Estrutura Vertical de Pressão e Densidade • Usando a equação de estado p=RT: Troca-se as incógnitas p e  por p e T; Entretanto, enquanto p e  variam muitas ordens de grandeza até 100 km, T não varia mais que 30%.

49. Atmosfera Isotérmica • Considerando a variação de T, pode-se tomar T=constante= To H é a constante de escala:

50. Atmosfera Isotérmica • Integrando obtém-se