PorLUCIANO MENESES CARDOSO DA SILVA

Engenheiro CivilEspecialista 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)

Hidrometeorologiae

Precipitação

Slides próprios e obtidos de Tucci, Porto, Ahy e Freitas.

HIDROMETEOROLOGIA

Estuda a água na atmosferaA atmosfera é dividida em 2 camadas

Alta atmosfera e Baixa atmosferaA 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

Planeta Terra

Estratopausa

Tropopausa

Atmosfera

Alta atmosfera

Baixa atmosfera Estratosfera

Tro

posf

era

HIDROMETEOROLOGIA

Ilustração sem escala

Tempo e ClimaTempo: 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 arMedida 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

HIDROMETEOROLOGIA

Pressão atmosférica ou pressão do arÉ 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)

HIDROMETEOROLOGIA

Barômetro de Torricelli

Pontos de mesma pressão

Ar atmosférico: mistura de gasesAr 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 atmosféricaFonte das precipitaçõesControla a taxa de evaporação do solo, dos lagos e a transpiração dos vegetais

HIDROMETEOROLOGIA

Umidade atmosféricaRefere-se unicamente ao vapor d’água. Não inclui água no estado líquido ou sólidoAs variações de temperatura são mais significativas que as de pressãoPara 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 atmosféricaUmidade 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 atmosféricaMétodos 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

HIDROMETEOROLOGIA

Psicrômetro

USP, 2003.

Gaze

Feixe de fios higroscópicos (cabelo)Aumentam com a elevação da umidade

Higrômetro

USP, 2003.

EvaporaçãoPassagem da água do estado líquido para vapor sob o efeito da energia solarFatores

• Vento• Temperatura da água• Umidade do ar• Presença de massas de água, rios, lagos e oceanos

O vento aumenta a evaporaçãoA 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

EvaporaçãoMedição•Tanque Classe A

HIDROMETEOROLOGIA

USP, 2003.

EvaporaçãoMedição•Atmômetro

HIDROMETEOROLOGIA

USP, 2003.

Variação da umidade relativa do ar e a temperatura

HIDROMETEOROLOGIACom o ar frio da noite, a umidadeaumenta. Com o calor do dia, a umidadediminui.

USP, 2003.

VentoAr 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.

HIDROMETEOROLOGIA

ANEMÔMETRO:Mede a velocidade

do vento

USP, 2003.

Radiação solar ou energia radianteEnergia 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

HIDROMETEOROLOGIA

USP, 2003.

Heliógrafo

Esfera de cristal que medea duração da insolaçãolocal.

USP, 2003.

PRECIPITAÇÃO

Água líquida ou partícula de gelo grande o suficiente para cair sobre o soloO vapor d’água contido na atmosfera constitui um reservatório potencial de água para precipitaçãoAs 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

PRECIPITAÇÃODefinição: toda água proveniente do meio atmosférico que atinge a superfície terrestreTipos: Convectivas, Orográfica e Frontais ou ciclônicas Medição: pluviômetros e pluviógrafosGrandezas 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 .

PRECIPITAÇÃOFormas 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 chuvaObtenção de dados de chuva

Estações pluviométrivas ou pluviográficas (PLU)

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)

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

Precipitação

GrandezasGrandezas

Precipitação

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.

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

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

Pluviômetro Pluviógrafo

Pluviógrafo

Pluviógrafo

Gráfico de linha cuja abscissarepresenta a escala de tempoe a ordenada a altura de precipitaçãoacumulada

Gráfico de barras cuja abscissarepresenta a escala de tempoe a ordenada a altura de precipitação

PRECIPITAÇÃOPrecipitação 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)

A

L

C

I

GH

E

M

J

D

K

B

2200

210 0

18 00

1400

13 00

2300

1100

1000

2400

2500

2600

600

27 00

1600

900

2000

2000

15001400

2300

1200

1600

1700

1700

1500

1400

2300

2100

2000

1500

1900

1400

250 0

2000

1800

1300

800

1600 1400

1200

7001900

15 00

1200

900

2000

1700

Regiões Hidrográficas Brasileiras

Precipitação Média Anual (mm)

Precipitação Média Brasil = 1800 mm

ISOIETAS

CurvasIntensidade-Duração-Freqüência