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CondensaçãoCondensação:: OrvalhoOrvalho,, NevoeiroNevoeiro e e

NuvensNuvens

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CondensaçãoCondensação

• Condensação é a transformação de fase dovapor d’água para água líquida

• A água não condensa facilmente sem umasuperfície presente– Vegetação, solo, construções provêm uma

superfície para a formação de orvalho e geada

– As partículas agem como superfícies para aformação de gotas de nevoeiro e nuvens

OrvalhoOrvalho

• As superfícies esfriamintensamente à noite porresfriamento radiativo– mais intesamente em

situações de céu claro eventos calmos

• O ponto de orvalho é atemperatura na qual o arencontra-se saturado devapor d’água

• Se uma superfície esfria auma temperatura inferior aoponto de orvalho, a águacondensa sobre a superfície egotas de orvalho se formam

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GeadaGeada

• Se a temperatura é mais baixado que o ponto decongelamento, o ponto deorvalho é chamado de pontode congelamento

• Se a temperatura da superfícieé mais baixa do que o pontode congelamento, o vapord’água é depositadodiretamente como cristal degelo– deposição

• Os cristais resultantes sãoconhecidos como geada,geada negra ou geada branca

FormaçãoFormação dede GotasGotas dede Nuvens Nuvens

• Se a Tar < Td UR > 100% o vapor d’água tenderá a condensar e formargotas nuvens/nevoeiro

• A formação das gotículas ocorre sobre partículasconhecidas como núcleos de condensação (NC)

• As partículas higroscópicas são os núcleos decondensação mais efetivos (partículas de sal)

• Sem estas partículas, as nuvens não se formariamna atmosfera– UR de muitas centenas é requerida para que haja

formação de gotas de nuvens com água pura

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Tamanhos TípicosTamanhos Típicos

GotículasGotículas muitomuito pequenaspequenas tendemtendem aa

evaporarevaporar!!

• Pequenas gotas têmgrande curvatura – Efeitoda curvatura

• Grande curvaturaapresenta alta esat deequilíbrio pois aquantidade de moléculasé maior

• Gotas muito pequenasrequerem uma UR muitoalta (supersaturação)– ~300% UR para uma gota

de água pura de 0,1 µm

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NucleaçãoNucleação HomogêneaHomogênea

• A formação de uma gota de água pura sem um núcleo decondensação é chamada de nuclação homogênea

• A colisão aleatória de moléculas de vapor d’água podeformar um pequeno embrião de gota de água– A probabilidade de colisão limita o tamanho do embrião

a < 0,01 µm

• esat para um embrião é equivalente

a muitas centenas de UR– O embrião evapora com uma

UR < 100,5%

EfeitoEfeito do do SolutoSoluto

• A condensção da água sobre NCdissolve a partícula– A água condensa, para a maioria de

partículas de sal, a UR ~ 70%

• Algumas partículas de solutoficam na superfície da gota– Deslocam as moléculas d’água– Reduzem a probabilidade de

moléculas escaparem como vapor– Reduzem esat do valor requerido

para a gota de água pura– Os íons dos sais apresentam uma

forte ligação com as moléculasd’água

molécula d’água

molécula de soluto

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OO efeitoefeito de de curvaturacurvatura e o e o efeitoefeito dodo soluto soluto

Raio da gota (micrometros)

Um

idad

e R

elati

va

%

10-16 g10-14 g

10-15g

Números em

vermelho são a

massa de NC

de sal

Curvas de crescimento de gotas.O pico de cada curva é o pontocrítico de ativação da gota denuvem. Define uma UR críticacorrespondente.

PassosPassos nana formaçãoformação de de nuvensnuvens ee

nevoeirosnevoeiros

• Parcela de ar esfria, aumentando a UR– Resfriamento radiativo à superfície– Expanção no movimento ascendente

• O vapor d’água é depositado sobre NC (décimosde µm) conforme a UR aumenta– Depende do tamanho e da composição da partícula

• Se UR excede um valor crítico, as gotas sãoativadas e crescem prontamente, formando gotasde nuvens (dezenas de µm)

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DeDe ondeonde vêm osvêm os NC? NC?

• Nem todas as partículas atmosféricas são núcleos de condensação denuvens (NCN)

• Bons NCN são higroscópicos• Muitas partículas de sais e de ácidos são encontradas na atmosfera• NCN naturais

– partículas de sal marinho (NaCl)– Partículas produzidas por emissões biogênicas de enxofre– Produtos da queima da vegetação

• NCN de atividades humanas– Poluentes da combustão de materiais fósseis reagem na atmsofera e

formam ácidos e sais– Dióxido de enxofre reage para formar ácido sulfúrico e sais de sulfato de

amônia– Óxidos de nitrogênio reagem para formar ácido nítrico que podem

combinar com amônia e formar partículas de nitrato de amônia

AlgoAlgo maismais

sobresobre NCN NCN

• As nuvens contribuem para aprodução de NCN

– Ingestão de dióxide de enxofre (SO2)nas nuvens

– Reações químicas nas gotas denuvens convertem SO2 dissolvidoem formas solúveis de sulfato

– Quando as gotas de nuvensevaporam, as partículas solúveis desulfato são deixadas na atmosfera

• As conventrações de NCN variamno tempo e no espaço

– Tipicamente 100-1000 por cm3

– Alta em ambientes poluídos

– Altas concentrações de NCNpermitem altas concentrações degotas de nuvens

• Impacto climático destas nuvenscom maior albedo?

SO2

SO2 H2SO4

aerossol sulfato

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NevoeiroNevoeiro

• Nevoeiros são nuvensem contato com o chão

• Alguns tipos denevoeiros formam-secomumente– Nevoeiro de radiação– Nevoeiro de advecção– Nevoeiro de ascenção– Nevoeiro de evaporação e

mistura

NevoeiroNevoeiro de de RadiaçãoRadiação

• Perda de radiação da superfície e condução de calor dascamadas adjacentes diminuem a temperatura do ar próximo aochão

• A camada de ar próxima ao chão torna-se saturada e forma-seentão o nevoeiro

• O nevoeiro se intensifica conforme o resfriamento radiativocontinua no decorrer da noite

• O aquecimento solar aquece o chão e causa a destruição donevoeiro nas camadas próximas ao chão

• Quais as condições meteorológicas que favorecem o nevoeirode radiação?

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NevoeiroNevoeiro de de AdvecçãoAdvecção

• Ar quente move-se (é advectado) sobre uma superfície fria

• A superfície fria esfria o ar quente

• Se a saturação é alcançada, forma-se o nevoeiro

• Comum na costa oeste dos EUA– Ar quente e úmido do Pacífico é advectado sobre as águas frias ressurgentes na costa

– Conforme o ar saturado (nevoeiro) move-se para dentro do continente, o aquecimento solaresquenta a superfície e as camadas adjacentes

• O nevoeiro evapora nas camadas próximas ao chão

– Nevoeiros de advecção na costa da Califórnia são a fonte chave de umidade para avegetação (Redwoods)

OutrosOutros tipostipos de de NevoeiroNevoeiro

• Nevoeiro de ascenção

– Ar úmido sobe numa superfícieinclinada, montnaha ou escarpa.

– Expanção do ar causa oresfriamento e UR aumenta

• Nevoeiro de Evaporação

(mistura)– A mistura de ar quente e

úmido produz a saturação dear mais frio

– Exemplos• Exalar o ar num dia frio

• Evaporação da água de umasuperfície relativamentequente e úmida e suamistura com o ar acima.

• (Smokestack plume,contrails)

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VisibilidadeVisibilidade e e NevoeiroNevoeiro

• O espalhamento da luz pelas gotas do nevoeiro (espalhamentogeométrico) degrada a visibilidade, levando a– Fatalidades no trânsito

– Acidentes em aeroportos

• Prevenção– Monitoramento e avisos de nevoeiros (sensores ópticos) - modelos

– Dispersão de nevoeiros (cara e de limitada utilidade)

NuvensNuvens

• As nuvens resultam dasaturação do ar acima dasuperfície

• Elas podem– ser espessas ou finas,

grandes ou pequenas

– Conter gotas de água e/oucristais de gelo

– Formar-se na alta ou baixatroposfera

– Formar-s na estratosfera

• As nuvens influenciam oambiente de várias maneiras:- balanço radiativo,

- ciclo d’água, - processos de poluição, - balanço de cargas no sistema

terra-atmosfera, etc.

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ClassificaçãoClassificação das das NuvensNuvens

• As nuvens são caracterizadas pela altura, aparência edesenvolvimento vertical

– Nuvens altas – 6 – 18 km em latitudes tropicais5 – 13 km em latitudes médias3 – 8 km em latitudes polares

• Principais tipos - Cirrus, Cirrostratus, Cirrocumulus

– Nuvens Médias – 2 – 8; 2 – 7; 2 - 4 km• Principais tipos – Altostratus, Altocumulus

– Nuvens baixas – abaixo de 2000 m• Principais tipos – Stratus, Stratocumulus, Nimbostratus

– Nuvens com desenvolvimento vertical• Principais tipos – Cumulus, Cumulonimbus

Nuvens AltasNuvens Altas

• Nuvens Altas– Branca durante o dia;

vermelha/laranja/amarela duranteo nascer ou pôr do sol

– Composta de cristais de gelo– Cirrus

• Finas• Movem-se de oeste para leste (!)

(em casos particulares)• Indicam bom tempo

– Cirrocumulus• Menos comuns que Cirrus• Aglomerados brancos, pequenos

e arredondados individuais ouem longas linhas

– Cirrostratus• Finas e estratificadas

• Sol e lua claramente vistosatravés delas

• Halo

• Freqüentemente precedemprecipitação

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CirrusCirrus

CirrusCirrus

Cirrus ao nascer do sol

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CirrocumulusCirrocumulus

CirrocumulusCirrocumulus

Cirrocumulus ao pôr do sol

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CirrostratusCirrostratus

Cirrostratus com Halo

ContrailsContrails

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NuvensNuvens MédiasMédias

• Altocumulus– < 1 km de espessura– maior parte é gota d’água– cinza, arredondadas– Diferenças do Cirrocumulus

• maiores• maior contraste

• Altostratus– cinza, azul-cinza– Freqüentemente cobre todo

o céu– O sol ou a lua podem ser

vistos sem ofuscar a vista• Freqüentemente sem

sombras

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AltostratusAltostratus

Alto Stratus Castellanus

AltocumulusAltocumulus

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AltocumulusAltocumulus

Alto Cumulus Radiatus

Alto CumulusAlto Cumulus

Alto Cumulus Undulatus

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Nuvens BaixasNuvens Baixas• Stratus

– Uniformes, cinzas– Parecem nevoeiro que não

alcança o chão– Comumente sem precipitação,

mas chuvisco leve é possível

• Stratocumulus– Nuvens baixas irregulares– Quebra-se (comumente) em

elementos de nuvens– Base mais baixa e maior do

que a do altostratus

• Nimbostratus– Cinza escuro– Chuva ou neve contínua e

moderada– Evaporação da chuva debaixo

da base pode formar stratusfractus

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StratusStratus fractusfractus

OlhandoOlhando abaixoabaixo umauma regiãoregião com com

StratusStratus sobresobre oo AtlânticoAtlântico

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CamadasCamadas dede NuvensNuvens

estratiformesestratiformes

RuasRuas de Stratocumulus de Stratocumulus

Stratus undulatus

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StratusStratus

Uma camada de Stratocumulusvista de cima

NuvensNuvens com com

desenvolvimentodesenvolvimento

verticalvertical• Cumulus

– Flocos de “algodão”– Base plana, topo arredondado

Mais espaçoes entre oselementos de nuvem do queem Stratocumulus

• Cumulonimbus– Nuvem de tempestade– Muito alta, alcança

freqüentemente a tropopausa– Individuais ou agrupadas– Grande energia liberada na

condensação de vapor d’água

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Cumulonimbus com Pileaus

Cumulonimbus com Tornado

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SumárioSumário dos dos TiposTipos de de NuvemNuvem

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ObservaçõesObservações

dede SatéliteSatélite• Os satélite podem ser

– Geostacionários• Monitores fixos em uma

região da Terra

– Órbita Polar• Orbita o polo com a Terra

revolvendo abaixo

• Os satélites observam– nuvens– Vapor d’água– Precipitação– properties da superfície

(temperatura, cobertura deneve, vegetação, TSM, etc)

FotosFotos de de SatéliteSatélite no no VisívelVisível e IV e IV

VisibleIR