Por LUCIANO MENESES CARDOSO DA SILVA Engenheiro Civil Especialista em Recursos Hídricos da ANA...
Transcript of Por LUCIANO MENESES CARDOSO DA SILVA Engenheiro Civil Especialista em Recursos Hídricos da ANA...
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