PARTE 5O PAPEL DA ÁGUA NA ATMOSFERA

1. CONTEÚDO DE VAPOR DE ÁGUA: Definição

2. MÉTODOS DE MEDIÇÃO

3.ORVALHO, GEADA E NEVOEIROS

4. NUVENS

5. ESTABILIDADE E DESENVOLVIMENTO DE NUVENS

6. PRECIPITAÇÃO E CICLO HIDROLÓGICO

O VAPOR DE ÁGUA NA ATMOSFERA

Para medirmos o vapor, há um enorme conjunto de variáveis, sendo a pressão de vapor, a mais relevante do ponto de vista termodinâmico.

1. A pressão de vapor eEsta variável representa a pressão exercida pelo vapor de água quando só há este gás. Entretanto, este gás se comporta como gás ideal, nas condições normais de pressão e temperatura. A quantidade deste gás não excede os 4% do total de gases. Após este valor normalmente ocorre a saturação.

Neste ponto, ocorre o processo de condensação, com a mudança de fase para o estado líquido.

A pressão d e vapor de saturação (es) é limitada pela pressão de vapor de saturação:

des/dt=L/ T(a1-a2) na Equação de Clausius-Clapeyron

2.Umidade Absoluta (rv)

É a densidade do vapor de água em g por metro cúbico de ar.

3. Razão de mistura (r)

É a razão entre a massa de vapor presente e a massa de ar seco que a contém

r=mv/md

Também é proporcional à pressão de vapor.

4. Razão de mistura de saturação (rs)

O mesmo que acima, mas em relação à saturação:rs=~es/p

Todas em g por kg de ar

4. Umidade específica (q)

É definida como a razão entre as massas de vapor e a massa total(ar seco + vapor)

Variação entre Pólo e Equador

5. Umidade Relativa (UR)

Esta variável é a + famosa. Refere-se a razão entre a pressão de vapor presente e a pressão de vapor de saturação, a uma dada pressão atmosférica e temperatura:

UR= e/es ou : UR =r/rs

Dada em %.

Variação latitudinal da UR:

É função de p, T e r

6. Ponto de orvalho (Td)

É definido como a temperatura na qual o ar úmido deve ser resfriado para se tornar saturado com r e p constantes. Quando a temperatura atinge o pto. de orvalho, ocorre a condensação. Este pto. se atinge de 2 formas:

1- resfriamento radiativo e 2- ascensão adiabáticaOu ainda por modificação da razão de mistura por umidificação.

7. Temperatura virtual (Tv)

É a temperatura que o ar úmido teria se tivesse a densidade do ar seco, a mesma pressão. O problema é que a “constante” dos gases para o ar úmido (Rv) é sempre variável.Tv= T(1+re)

Sendo o ar úmido menos denso, segue que Tv será um pouco maior que T. Exemplo.

Tópicos extras

Umidade do Ar em Ambientes internos

Umidade relativa e conforto térmico

Ideal 40-70%

Variação vertical, latitudinal e diária da URComparação entre Lima e Salvador e entre NY e Londres

MÉTODOS DE MEDIÇÃO

PSICRÔMETRO:São 2 termômetros juntos, um deles mergulhado em uma gaze molhada e o outro seco. São chamados de termômetros de bulbo úmido e seco.

O bulbo úmido é posto a se esfriar por evaporação. E a diferença dos 2 termômetros é tabelada como mostra a figura.

°C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1010 88 77 66 55 44 34 24 15 6  11 89 78 67 56 46 36 27 18 9  12 89 78 68 58 48 39 29 21 12  13 89 79 69 59 50 41 32 22 15 714 90 79 70 60 51 42 34 25 18 1015 90 81 71 61 53 44 36 27 20 1316 90 81 71 63 54 46 38 30 23 1517 90 81 72 64 55 47 40 32 25 1818 91 82 73 65 57 49 41 34 27 2019 91 82 74 65 58 50 43 36 29 2220 91 83 74 67 59 53 46 39 32 2621 91 83 75 67 60 53 46 39 32 2622 91 83 76 68 61 54 47 40 34 2823 92 84 76 69 62 55 48 42 36 3024 92 84 77 69 62 56 49 43 37 3125 92 84 77 70 63 57 50 44 39 33

Dry Bulb        Dry Bulb Minus Wet Bulb (degrees celsius)

TEM

P. D

O B

ULB

O S

EC

ODIFERENÇA ENTRE SECO-ÚMIDO

HIGRÔMETRO

Este é o aparelho mais utilizado para se medir UR. È feito normal/e de cabelo humano, que se expande cerca de 2.5% quando úmido.

Há também Higrômetro do ponto de orvalho.

Higrômetro elétrico consiste em um prato chato coberto de 1 filme de carbono.

Uma corrente elétrica cruza o prato. Quando o vapor de água é absorvido, a resistência elétrica muda e este valor é convertido em ponto de orvalho ou UR. Este é o instrumento utilizado nas radiossondas.

Pluviômetros. Estes servem para medir a precipitação acumulada.

Disdrômetros: servem para medir o espectro de gotas de chuva, em diferentes classes, assim como a taxa de precipitação.

ORVALHO, GEADA E NEVOEIROS

ORVALHO & GEADA

Em noites calmas e claras, objetos próximos à superfícies perdem calor rapidamente por irradiância IV. A superf. se esfria + rapidamente que o ar adjacente e ao entrar em contato. Eventualmente, se esfria até a saturação, e o vapor dentro deste se condensa sobre a mesma superf. Este é o pto. de orvalho. Se for até próximo a zero grau, há a formação da geada, que pode tanto ser por congelamento do orvalho como por sublimação.Alguma superfícies perdem calor mais facilmente, tais como gramados, carros, etc. No abrigo o termômetro pode estar até 2-3oC mais quente.

Quando há nuvens, estas bloqueiam a perda de IV e a formação de ambos é retardada ou cancelada.Orvalho e geadas estão associados com as Altas Pressões: anticiclones.

Geada branca versus geada negra.

Núcleos de Condensação (CCN)

Os aerossóis podem servir de núcleos de condensação onde ocorre a mudança de fase do vapor para o líquido.

Na atmosfera, esta mudança pode se dar ao nível do solo, na formação de nevoeiros, por ex., ou no nível de condensação por levantamento (NCL).

Quando a parcela sobe na atmosfera carrega consigo os CCN e a quantidade vapor que a condensou. Ao subir, se esfria e se expande adiabaticamente, na razão de 10oC/km, atingindo o NCL entre 1 e 3 km de altura (depende das condições iniciais).Este é o nível de formação da nuvem: a base!

Os CCN podem ser distribuídos por tamanho de acordo

PG > 2 mmPF < 2 mm

PI: partícula inalável : < 10 mm

Núcleos de gelo (IN)

Silicatos, calcita, iodeto de prata (AgI) entre inorgânicosBactérias, pólen e esporos de fungos e VOCs entre microbiota e orgânicos.

Nucleação homogênea versus heterogêneaSem CCN: não haveria nuvensSem IN: há gelo abaixo de -40oC.

Tamanho das gotículas

Núcleos : até 30 mm

Gotícula de nuvem: 20-70 mm (nevoeiro até 30 mm)

Gota de chuva : 300 a 6000 mmGranizo: até 15 cm

Névoa seca: a névoa seca é definida qdo a UR está abaixo de 100%, podendo atingir valores de 70%. CCN como sal marinho (NaCl), sulfatos (SO4

=) e nitratos (NO3

-) são muito higroscópicos, absorvem vapor até se tornarem “visíveis” .

Névoa úmida: formação sobre superfícies úmidas com UR igual a 100%.

Nevoeiro ou neblina: pode ser uma nevoa úmida mais profunda e larga. Um gde no. de CCN próximos à superfície na presença de UR =100% pode formar nevoeiros.

Quando a visibilidade fica abaixo de 1 km pode-se considerar a formação de nevoeiro. Se ficar abaixo de 30 m é considerado extra/e perigoso para o tráfego de carros.

Há diferenças (como nas nuvens) de nevoeiros próximos a oceanos e continentais/urbanos. Maiores núcleos, gotículas maiores e em menor quantidade, no primeiro caso.

Extremos de nevoeiro:Famoso caso de 1953 em Londres.

FORMAÇÃO DAS NEVOEIROS E NUVENS

Os nevoeiros e nuvens se formam por resfriamento no solo e por ascensão adiabática, respectiva/e.Ou por evaporação e mistura até a saturação.

Nevoeiro e nuvem orográfica Locais de formação de nevoeiros: Costa do Pacifico da Am.Norte e Sul, Newfoundland, Corrente de Benguela, Africa do Sul.

Evaporation fog e caribou fog.

Dispersão de nevoeiros: 1 - aumento do tamanho das gotículas2 - em nevoeiros frios acrescentar CO23 - aquecer o ar4 - misturar com ar acima

Nuvens/Volken/Clouds/Nuages

Sem estas, o ciclo da água estaria comprometido.

Sem elas, não haveria também halos, relâmpagos ,arco-íris...

Classificação

1802 Lamarck 1803 Luke Howard criou os termos stratus, cumulus e cirrus, designando, camada, acúmulo, ganchos. E por fim nimbus, relativo a chuva violenta

Nimbustratus NsCumulonimbus Cb

1887 Abercrombie & Hildebrandsson

Tropicais/temperadas e polares: Alta, médias e baixas

Desenvolvimento das nuvens

Aquecimento superficial e as forçantes

Mudança de fase: a curvatura da gota e a presença de solutos (sais) facilitam a aquisição de mais moléculas de água, pois a pressão de vapor é maior sobre as superf. curvas e a presença dos solutos na mesma também auxiliam neste papel. Há também a necessidade de uma supersaturação (acima de 100%) para que a gota permaneça estável, em cerca de 0,5 a 1,5%. A subida da parcela na atmosfera pela liberação de CL favorece a formação da supersaturação.

Precipitação

Crescimento por condensação: até gotas de 70 mm.

Para crescer até gotas precipitantes: colisão-coalescência.

Chuva estratiforme versus convectivaE/ou da fase gelo. Equações de crescimento

Riming /acreção versus agregação (floco)

Acreção=graupel e granizosAgregação= flocos de neve

Cloud seeding

Chuvas de cores diferentesChuvas ácidas: < pH 5.5

Formas dos cristais de gelo: plates, dendritos e colunas

20 cm de neve equivale a 2 cm de chuva= 20 mm = 20 l/m2

Blizzard

Chuva congelante (ice storm)

ESTABILIDADE ATMOSFERICA

Atmosfera estável: o ar mais denso fica em baixo do menos denso.

Instável: o ar mais denso (frio e seco) está acima do menos denso, qualquer forçante pode mudar este estado.

Parcela de ar: “bolha” de ar com características homogêneas onde o ar ascende ou descende de acordo c/ sua densidade e forçantes externas (frentes, brisas etc), e c/ características particulares: subidas/descidas adiabáticas, permanece como uma unidade e se ajusta automaticamente à pressão externa

TVVT=lapse rate para parcelas não saturadas é de 10oC/kmAo atingir o ponto de orvalho, a parcela atinge o Nível de Condensação por Levantamento (NCL) e passa a se esfriar no processo adiabático saturado, i.e., com liberação de calor latente, podendo variar de 2 a 4oC/km, de acordo com o conteúdo líquido.

DETERMINANDO A ESTABILIDADE

A estabilidade é determinada, comparando-se a parcela com as demais parcelas à sua volta. Se ascender e ficar mais densa que o meio, ela desce, retornando ao nível original: situação estável=> Condição estável, neutra e instável.