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ACA 0415 - 2015O CLIMA DA TERRA: Processos, Mudanças e Impactos
Departamento de Ciências Atmosféricas – IAG-USP
O CLIMA DA TERRA:
Processos, Mudanças e Impactos
Prof. TÉRCIO AMBRIZZI, Ph.D.Professor Titular
Departamento de Ciências Atmosféricas Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas
Universidade de São Paulo
ACA 0415 - 2015O CLIMA DA TERRA: Processos, Mudanças e Impactos
Departamento de Ciências Atmosféricas – IAG-USP
PROCESSOS FÍSICOS
Processos climáticos
Transferência de calor e massa na atmosfera
O papel dos oceanos
ACA 0415 - 2015O CLIMA DA TERRA: Processos, Mudanças e Impactos
Departamento de Ciências Atmosféricas – IAG-USP
PROCESSOS FÍSICOS Processos climáticos
Elementos do Sol
A radiação solar interceptada pela Terra
Atributos do sistema Terra-Atmosfera
Efeitos da atmosfera e da superfície da Terra
Balanço global da radiação
Médias espaço-temporal do balanço de radiação
Transferência de calor e massa na atmosfera (Aula 2,3 e 4)
Transferências de energia
Força de Coriolis, jatos e ondas de Rossby
Circulação geral da atmosfera
Padrões secundários da circulação atmosférica
Padrões regionais de circulação atmosférica
Massas de ar, frentes e ciclones extratopicais
A previsão de tempo
Clima da Terra em geral
O papel dos oceanos
Processos climáticos do oceano
As oscilações El Niño – La Niña
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Departamento de Ciências Atmosféricas – IAG-USP
MASSAS DE ARMASSAS DE ARFRENTESFRENTES
CICLONES EXTRA-TROPICAISCICLONES EXTRA-TROPICAIS
•Sistemas de grande escala (escala sinótica):
afetam grandes regiões (ex., parte de um continente)
•Longa duração (de um a vários dias)
• Alta previsibilidade
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Sistemas “muito” diferentes
““ESCALAESCALA”” DOS FENÔMENOS DOS FENÔMENOS METEOROLÓGICOSMETEOROLÓGICOS
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MASSAS DE ARMASSAS DE AR
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. Geralmente são anticiclones semi-estacionários (ventos fracos, de deslocamento lento).
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ClassificaçãoClassificação (de acordo com sua região de origem): características térmicas:
quente (Equatorial-E e Tropical-T) fria (Polar-P, Ártica ou Antártica - A)
características de umidade: muita umidade (marítima-m)pouca umidade (continental-c)
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MASSAS DE AR que afetam a América do SulMASSAS DE AR que afetam a América do Sul
mP
cTmT
mE
mP
mT
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FRENTESFRENTESDefinição: Faixa (ou zona, ou “superfície”) de transição
entre duas massas de ar de características diferentes Características:• Normalmente é uma região onde:
- a pressão tem um valor mínimo relativo- a temperatura e a umidade variam abruptamente- os ventos são mais fortes, mudam de direção e são confluentes- ocorre nebulosidade e precipitação
• A fronteira entre as massas de ar frio e quente sempre se inclina para cima, por sobre a massa de ar frio (que é mais denso).
• Quando as massas de ar se deslocam, o ar frio força o ar quente a subir, o que provoca a formação de nuvens e precipitação• Tem larguras de 5 a 50 Km, comprimento de 500 a 5000 Km,
e altura de 3 a 10 Km
Tipos de Frentes:• As frentes podem ser classificadas pelo movimento relativo das massas de ar quente e fria envolvidas.
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FRENTE FRIAFRENTE FRIAQuando uma massa de ar frio avança sob uma massa de ar quente`
Ci – cirrus
Cs – cirrustratus
Ac – altocumulus
Cb – cumulunimbus
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Frente friaFrente fria
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FRENTE QUENTEFRENTE QUENTEQuando uma massa de ar quente avança sobre uma massa de ar frio
Ci – cirrus
Cs – cirrustratus
As – altostratus
Ns – nimbustratus
St – stratus
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Frente quenteFrente quente
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FRENTESFRENTES
ESTACIONÁRIA: Quando não há o avanço do ar frio nem o avanço do ar quente
OCLUSA: Quando uma frente fria (de deslocamento mais rápido) ultrapassa uma frente quente do lado leste ou equatorial do ciclone
A A’
A’A
ciclone
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CICLONES EXTRA-TROPICAISCICLONES EXTRA-TROPICAIS
Definição:Área de baixa pressão, na forma de um núcleo fechado, onde os ventos giram no sentido
horário no Hemisfério Sul
anti-horário no HN
A
B
ou “de latitudes médias”
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CICLONES EXTRA-TROPICAISCICLONES EXTRA-TROPICAISCaracterísticas:
• convergência em superfície
movimento ascendente do ar
nuvens e tempestades
• geralmente associado a sistemas frontais
• em imagens de satélite tem aspecto de “virgula”
no HN e“virgula invertida”
no HS
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CICLO DE VIDA DE UMCICLO DE VIDA DE UMCICLONE EXTRA-TROPICALCICLONE EXTRA-TROPICAL
a) Estágio inicial
Frente estacionária
Baixa pressão entre dois anticiclones
Ar frio ao sul, e quente ao norte, fluem quase paralelos à frente, mas em direções opostas
região de “vorticidade” ciclônica (giro horário no HS)
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Os ciclones no Hemisfério Sul
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Cristas e Cavados em altitudeCristas e Cavados em altitude
“cavados”
“cristas”
A leste do cavado: região favorável à ciclogênesee ao deslocamento da frente fria
A leste da crista: região favorável à dissipação de ciclones
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EXEMPLO de Massa de Ar, Sistema Frontal e EXEMPLO de Massa de Ar, Sistema Frontal e Ciclone Extra-tropicalCiclone Extra-tropical
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EXEMPLO de EXEMPLO de
Massa de Ar, Massa de Ar, Sistema frontal Sistema frontal e Ciclone e Ciclone Extra-tropicalExtra-tropical
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EXEMPLO de Massa de Ar, Sistema Frontal e EXEMPLO de Massa de Ar, Sistema Frontal e Ciclone Extra-tropicalCiclone Extra-tropical
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Efeitos da passagem da FF em São PauloEfeitos da passagem da FF em São Paulo
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Regiões de ocorrência Regiões de ocorrência de Ciclonesde Ciclones
Extra-tropicaisExtra-tropicaisna América do Sulna América do Sul
(Gan e Rao 1991)
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DENSIDADE MÉDIA DE CICLONES PARA O ANO DE 1990
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15Densidade Anual - NCEP
(Reboita, Rocha e Ambrizzi 2007)
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Regiões de ocorrência de CiclonesRegiões de ocorrência de Ciclones
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TRAJETÓRIA SAZONAL DOS CICLONES
VERÃO OUTONO
INVERNOPRIMAVERA
(Beu e Ambrizzi 2006)
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CYCLONES, ANTICYCLONES AND COLD AIR MASS
(Pezza and Ambrizzi 2005)
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O ciclone (Furacão) “CATARINA”O ciclone (Furacão) “CATARINA”
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O ciclone (Furacão) “CATARINA”O ciclone (Furacão) “CATARINA”
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TRMM TRMM 26 de março 200426 de março 2004 12 UTC12 UTC
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TRMM TRMM 27 de março 200427 de março 2004 06 UTC06 UTC
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TRMM 27 de março 2004 11 UTC
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Temperatura na superfície do marTemperatura na superfície do mar
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TRAJETÓRIA DO CATARIANATRAJETÓRIA DO CATARIANA
(Pezza e Simmonds, GRL, 2005)
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Um ciclone Um ciclone mais antigomais antigo
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• As FRENTES são as fronteiras entre duas massas de ar diferentes. – FRENTE FRIA se move em direção ao ar quente– FRENTE QUENTE se move em direção ao ar frio– OCLUSÃO DE FRENTE possui pouco movimento relativo
• Em geral quando o ar quente e o ar frio se encontram há formação de nebulosidade e precipitação.
• O ar quente é mais capaz de reter o vapor d’água que o ar frio. Com o resfriamento desse ar, há condensação e precipitação.
RESUMO SOBRE AS FRENTESRESUMO SOBRE AS FRENTES
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FIGURA ESQUEMÁTICA DE UMA FRENTE QUENTEFIGURA ESQUEMÁTICA DE UMA FRENTE QUENTE
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FIGURA ESQUEMÁTICA DE UMA FRENTE FRIAFIGURA ESQUEMÁTICA DE UMA FRENTE FRIA
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Frente EstacionáriaFrente Estacionária
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A PREVISÃO DO TEMPOA PREVISÃO DO TEMPO
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A previsão do tempoA previsão do tempo
Instrumentos e medidas
• Estações meteorológicas de superfície
• Radiosondagens• Radar e Satélites• Sistemas especiais:
balões cativostorres micrometeorológicasaviões instrumentados
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Rede de Estações Meteorológicas de superfícieRede de Estações Meteorológicas de superfície
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Alguns instrumentos de uma Estação Alguns instrumentos de uma Estação Meteorológica de superfícieMeteorológica de superfície
pluviômetro
hidrógrafo
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Alguns instrumentos de uma Estação Alguns instrumentos de uma Estação Meteorológica de superfícieMeteorológica de superfície
Temperatura (bulbo seco e bulbo umido)
barógrafo
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RadiosondaRadiosonda
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RadarRadar
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Imagens de SatélitesImagens de Satélites
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Medidas especiaisMedidas especiais
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A rede de observação de superfície da A rede de observação de superfície da WMOWMO
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Esquema dos componentes Esquema dos componentes do sistema de do sistema de
telecomunicação global da telecomunicação global da WMOWMO
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““Cartas sinópticasCartas sinópticas”” e diagramas e diagramas
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““PREVISÃO (NUMÉRICA)PREVISÃO (NUMÉRICA)””INMET
CPTEC
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Previsão de ocorrências de geadasPrevisão de ocorrências de geadas
Previsão de ocorrências de NevoeirosPrevisão de ocorrências de Nevoeiros
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PESQUISADOR METEOROLOGISTA
ANALISTA
OBSERVAÇÕESDADOS
MODELAGEM
)
)
Técnicas de Interpretação, Validação, Métodos Estatísticos: MOS, PP, Adição de Valor, Detecção de Erros, Melhorias das Técnicas e Produtos Especiais
Dados GlobaisGTS
(INMET)
Satélite Geoestacionário e
da Órbita Polar
Redesde Observação
Regional e Local
RadarMeteorológico
Mod. Global (CPTEC)
Modelo Reg. ETA (CPTEC)
Modelo de
Mesoescala
Prev. deMédio Prazo(baixa resolução
espacial)
Prev. deCurto Prazo
(resolução média -maior detalhamento
espacial)
Prev. deCurtíssimo Prazo(previsão imediata -
detalhamento elevado)
CCFG
CCFG
PRODUTOS
)
)
)
)
PREVISÃO DE TEMPO
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Modelos GlobaisA-O-C acoplados
(Baixa Res.)
ModelosGlobais
Atmosféricos(Média Res.)
Modelos Regionais(Alta Res.)
ModelosHidrológicos,
Gestão de Água,Poluição do Ar
e das Águas(Altíssima Res.)
Modelos Sócio-EconômicosPolíticas Públicas
Bases Científicas para Avaliação RegionalBases Científicas para Avaliação Regional
Previsão de TSM, Umidade do
Solo, etc. (C. C. na superfície)
Previsão de Ondas Planetárias,
(C. C. Laterais)
Previsão de Enchentes, Secas,
Escoamento, Dispersão de
Poluentes
Previsão do Clima Regional:
Ts,PrecipitaçãoVentos, etc
Adaptado de J. Shukla, COLA/IGES
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Previsão Previsão numéricanumérica do tempo do tempo
atrito
a
gravidade
pressão degradiente
Coriolisaceleração
FkgpVDt
VD
12
zw
yv
xuV
t
vv cQ
Dt
D
cp
zTw
yTv
xTu
tT
1
tFAA orçantepassado
tfuturo
tt
Equações: 2a. Lei de Newton
Continuidade
Termodinâmica
Representação
Solução:
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TEMPOTEMPO
SITES INTERESSANTES:
•http://www.grec.iag.usp.br•http://www.master.iag.usp.br/• http://www.cptec.inpe.br/tempo/• http://www.cptec.inpe.br/prevnum/• http://www.inmet.gov.br/• http://www.dhn.mar.mil.br/• http://www.saisp.br/site/radar.html• http://meted.ucar.edu/• http://www.photolib.noaa.gov/collections.html• http://www.senamhi.gob.pe/aprendiendo/apren_meteo.htm• http://www.meteoropara.hpg.ig.com.br/index.html