RICARDO DE CAMARGO Departamento de Ciências Atmosféricas - IAG/USP Meteorologia – Visão geral...

RICARDO DE CAMARGODepartamento de Ciências Atmosféricas - IAG/USP

Meteorologia – Visão geralEstrutura da atmosfera

Procedimentos operacionais

Meteorologia – Visão geralRelevância para a sociedadeNoções básicas

Estrutura da atmosferaPadrões típicos de superfície e

altitudeEvolução da Meteorologia

Procedimento operacionalMeteorologia SinóticaDados observadosPrevisão numérica do tempo

Relevância para a sociedade

• Agricultura• Setor energético • Transportes• Abastecimento• Poluição atmosférica• Processos erosionais • Lazer


• Agricultura plantio, colheita, alternância de culturas

granizo, geadas, queimadas

• Setor energético • Transportes• Abastecimento• Poluição atmosférica• Processos erosionais • Lazer


• Agricultura• Setor energético geração: suprimento para reservatórios

transmissão e distribuição

• Transportes• Abastecimento• Poluição atmosférica• Processos erosionais • Lazer


• Agricultura• Setor energético • Transportes rodovias, portos e aeroportos: visibilidade,

condições de operação/acesso distribuição de perecíveis

• Abastecimento• Poluição atmosférica• Processos erosionais • Lazer


• Agricultura• Setor energético • Transportes • Abastecimento chuva em mananciais

manutenção de dutos enchentes

• Poluição atmosférica• Processos erosionais • Lazer


• Agricultura• Setor energético • Transportes • Abastecimento• Poluição atmosférica dispersão e transporte de poluentes

chuva ácida

• Processos erosionais • Lazer


• Agricultura• Setor energético • Transportes • Abastecimento• Poluição atmosférica• Processos erosionais vento e chuva

regiões costeiras e interiores

• Lazer


• Agricultura• Setor energético • Transportes • Abastecimento• Poluição atmosférica• Processos erosionais • Lazer esportes náuticos e aéreos

Noções básicas

• O quê é a atmosfera e por quê ela é importante?

• Características gerais e circulação em larga escala

• Variáveis atmosféricas de maior interesse

Noções básicas


a Terra é rodeada por uma atmosfera em movimento constante, com cerca de 800km de espessura, que a protege da radiação solar e comporta todas as formas de vida

Noções básicas


feita de ar composto pela mistura de oxigênio (21%), nitrogênio (78%), dióxido de carbono (0.037%) e outros gases como hidrogênio, hélio, argônio, neônio, criptônio, xenônio e ozônio, além do vapor d’água

Noções básicas


cerca de 95% do peso da atmosfera fica nos primeiros 15-20 km acima da superfície

Noções básicas


cerca de 95% do peso da atmosfera fica nos primeiros 15-20 km acima da superfície

considerando a dimensão horizontal (40000 km de circunferência da Terra), é apenas uma “lâmina” de ar que mantém toda a vida do planeta

Noções básicas

• Características gerais e circulação atmosférica em larga escala

estrutura regida pelo aquecimento diferencial entre a região equatorial e os pólos

Noções básicas

• Características gerais e circulação atmosférica em larga escala

estrutura regida pelo aquecimento diferencial entre a região equatorial e os pólos

incidência perpendicular versus incidência inclinada de radiação solar

Noções básicas

• Existe equilíbrio energético em larga escala

Noções básicas


não há aumento contínuo de temperatura na região equatorial e nem diminuição contínua nos pólos

Noções básicas



ou seja, globalmente a energia que “entra” é igual à energia que “sai”

Noções básicas



ou seja, globalmente a energia que “entra” é igual à energia que “sai”

→ como fica o balanço em larga-escala?

Noções básicas

• Devem existir mecanismos de transporte de calor da região equatorial para os pólos

Noções básicas

• Devem existir mecanismos de transporte de calor da região equatorial para os pólos

circulação geral da atmosfera

Noções básicas

• Modelo de célula única

terra uniformemente coberta de água

sem rotação

Noções básicas


não é observado na prática

o quê faltou considerar?

Noções básicas


não é observado na prática

o quê faltou considerar?

... rotação ...

Noções básicas

• Presença de água nas diferentes fases

Noções básicas


sólida, líquida e gasosa

Noções básicas



calor sensível: energia envolvida em alterações de temperatura mantendo o estado

Noções básicas



calor sensível: energia envolvida em alterações de temperatura mantendo

o estado

calor latente: energia envolvida nas mudanças de fase

Noções básicas

• Presença de água nas diferentes fases sólida, líquida e gasosa

calor sensível: energia envolvida em alterações de temperatura mantendo o estado

calor latente: energia envolvida nas mudanças de fasefonte de energia de suma importância

para os transientes atmosféricos

Noções básicas

• Existência de diferentes massas de ardefinida em termos da região de

formação e disponibilidade de umidade

Noções básicas

• Existência de diferentes massas de ardefinida em termos da região de

formação e disponibilidade de umidade

Tropical continental

Tropical marítima

Polar continental

Polar marítima

DefiniçãoUm grande volume de ar, cobrindo uma superfície de centenas de km2, que tem temperatura e umidade relativamente constante na horizontal

FormaçãoFormam-se sobre grandes extensões da superfície terrestre com características homogêneas (oceanos, grandes florestas, desertos,etc.), onde permanecem por longo tempo

Noções básicas

• Variáveis atmosféricas de maior interesse

temperatura

pressão

umidade

vento

precipitação

Noções básicas

• temperatura

Noções básicas

• temperatura expressa a energia interna de

agitação das moléculas

unidade: Celsius, Farenheit, Kelvin

Noções básicas

• temperatura expressa a energia interna de

agitação das moléculas


• pressão

Noções básicas

• temperatura expressa a energia interna de agitação

das moléculas


• pressão expressa a força exercida pelo peso da

coluna de ar acima do ponto considerado

unidade: Pa, bar, mmHg

Variação média vertical global da temperatura e da pressão.

troposfera

tropopausa

estratosfera

mesosfera

termosfera

estratopausa

mesopausa

Centros de alta e baixa pressão

Hemisfério Sul

Noções básicas

• umidade

Noções básicas

• umidade expressa a quantidade de vapor

d’água contida no ar

unidade: g/kg

Noções básicas



unidade: g/kg

obs1: quanto mais quente a parcela de ar, mais vapor ela suporta

Noções básicas



unidade: g/kg

obs1: quanto mais quente a parcela de ar, mais vapor ela suporta

obs2: o termo mais comumente utilizado é a umidade relativa, que expressa a porcentagem de saturação de uma parcela de ar

Noções básicas

• vento

Noções básicas

• vento expressa a magnitude do

deslocamento das parcelas de ar

unidade: m/s, km/h, nós

Noções básicas

• vento expressa a magnitude do

deslocamento das parcelas de ar


• precipitação

Noções básicas

• vento expressa a magnitude do deslocamento

das parcelas de ar


• precipitação expressa a quantidade de água

convertida a partir do vapor d’água que atinge a superfície

unidade: mm, polegadas

Estrutura da atmosfera

Padrões típicos de superfície

• Campos médios de temperatura, pressão e vento

Janeiro


Padrões típicos de superfície

• Campos médios de temperatura, pressão e vento

Julho

Padrões de superfície

• Precipitação média anual e correntes oceânicas de superfície


Padrões típicos de altitude

• Presença de estruturas do tipo jatos (núcleos de máxima intensidade)



• Presença de estruturas do tipo jatos (núcleos de máxima intensidade)descobertos na época da Segunda

Guerra Mundial



• Presença de estruturas do tipo jatos (núcleos de máxima intensidade)descobertos na época da Segunda

Guerra Mundial

denotam regiões com acentuados gradientes de temperatura à superfície

escoamento ondulatório de oeste para leste

diferentes alturas porque a espessura da camada é proporcional à sua temperatura média

Tropopausa tropical: Cobre a região entre os jatos subtropicais de ambos hemisférios e com elevacão de cerca de 17km (120 a 80 hPa); às vezes, ela se estende sobre o jato subtropical, na região da média tropopausa; nos trópicos, também pode ocorrer dupla tropopausa.

Tropopausa média: Aparece tipicamente entre 9,5 e 11km (210 a 270hPa) na região entre as duas correntes de jato na média troposfera; atinge 13 a 15km em regiões com tempestades severas.

Tropopausa polar: Entre o jato polar e a região polar propriamente dita, com alturas típicas da ordem de 6 a 8,5km; ou entre 450 e 300 hPa.

Jatos em altitude

não tem uma trajetória retilínea leste-oeste

tem papel muito importante na evolução do tempo em latitudes médias

fornece energia para os transientes atmosféricos na superfície e dirige suas trajetórias

O seu monitoramento é importante para a previsão do tempo!

Ondas nas correntes de jato

mapas de nível superior revelam que os ventos de oeste seguem percursos ondulatórios que podem ter grandes comprimentos de onda

essas ondas contêm cavados e cristas que são determinantes na evolução dos transientes atmosféricos que alteram o tempo

Quase todos os padrões do escoamento extratropical estão dinamicamente relacionados com a curvatura ciclônica ou anticiclônica das correntes de jato

Região com curvatura ciclônica é o cavado

Região com curvatura anticiclônica é a crista


O movimento vertical e o desenvolvimento de sistemas de tempo são extremamente diferentes nas duas seguintes regiões entre cristas e cavados:

Região ativa: a juzante do cavado, onde normalmente é encontrado movimento ascendente de ar, sendo favorável para ciclogêneses, frontogêneses, formação de nuvens e precipitação


O movimento vertical e o desenvolvimento de sistemas de tempo são extremamente diferentes nas duas seguintes regiões entre cristas e cavados

Região inativa: a montante do cavado, onde encontra-se o anticiclone de latitudes médias, frontólise junto à superfície e dissipação de nuvens.


Evolução da Meteorologia

• Observação versus teoria

A classificação dos fenômenos deve ser feita de acordo com suas características físicas ou em termos de leis governantes??


• A sinótica é altamente baseada em observações

• A dinâmica baseia-se na aceitação de leis físicas e deduções sobre o comportamento atmosférico regido por tais leis


• A sinótica é altamente baseada em observações

Por um lado, pode-se observar determinado fenômeno, depois descrever suas características, depois analisá-lo para aprender porquê é formado e porquê se comporta daquela maneira e finalmente poder prevê-lo. Exemplo: ciclones extratropicais


• A dinâmica baseia-se na aceitação de leis físicas e deduções sobre o comportamento atmosférico regido por tais leis

Por outro lado, a existência de determinado fenômeno pode ser prevista pelo conhecimento de uma lei física e então procurar observá-lo. Exemplo: ondas de gravidade


• O meteorologista sinótico representa o lado intuitivo enquanto que o meteorologista dinâmico representa o lado dedutivo

O sinótico "descobre" as leis, enquanto que o dinâmico prova que a lei está correta e tenta compreendê-la


• O melhor exemplo de aplicação de princípios dinâmicos na sinótica é a teoria quase-geostrófica, a qual é baseada nas observações mas foi desenvolvida pelos teóricos através da lógica


• synoptikos: visão geral de um todo


• synoptikos: visão geral de um todo

Meteorologia: dimensões horizontais e tempo de duração de fenômenos atmosféricos

Classificação dos fenômenos

atmosféricos

• subdivisão de acordo com a ordem de grandeza da escala horizontal de cada fenômeno

Classificação dos fenômenos

atmosféricos

• subdivisão de acordo com a ordem de grandeza da escala horizontal de cada fenômeno

Orlanski: prefixos macro, meso e micro acompanhados de letras gregas

A: rodamoinhoB: tornados e trombas

d’águaC: nuvens cumulusD: “downburts”E: frentes de rajadaF: mesociclonesG: tempestadesH: circ. locais do tipo

brisa lago/terra/oceano e vale/montanha

I: bandas de precipitação

J: frentes costeirasK: sistemas convectivos

de mesoescalaL: jato de baixos níveisM: “dryline”N: ciclones tropicaisO: jato de altos níveisP: frentes de superfícieQ: ciclones e

anticiclones extratropicais

R: cavados e cristas no escoamento de oeste

Sistemas “muito” diferentes

““ESCALA” DOS FENÔMENOS ESCALA” DOS FENÔMENOS METEOROLÓGICOSMETEOROLÓGICOS


• Influência tecnológica teve papel fundamental


• Influência tecnológica teve papel fundamental1840: invenção do telégrafo

vários anos de observações da estrutura da atmosfera à superfície (2D)


• Influência tecnológica teve papel fundamental1840: invenção do telégrafo

vários anos de observações da estrutura da atmosfera à superfície lembrando da adoção do Greenwich Meridian Time (GMT)

1920: teoria da frente polar

1930-1940: radio-sondas, estudos teóricos & criação de computadoresobservações da estrutura 3D & criação da

teoria quase-geostrófica



1950: primeira previsão numérica em computador e verificação da teoria quase-geostrófica



1950: primeira previsão numérica em computador e verificação da teoria

quase-geostrófica 1960-1970: satélites e estudos de

efeitos não-quase-geostróficos



1950: primeira previsão numérica em computador e verificação da teoria quase-geostrófica

1960-1970: satélites e estudos de efeitos não-quase-geostróficos

1980-1990: perfiladores via radar, redes observacionais, sondagens via satélites e computadores cada vez mais poderosos

Os eventos que os meteorologistas observam, analisam e tentam prever são de certa foram misteriosos, pois nem todas as leis físicas relevantes são completamente compreendidas, além do fato de que o estado atual da atmosfera não é conhecido perfeitamente.

Desta forma, em grande parte dos casos, não é possível fazer previsões perfeitas e precisas.

Procedimento Operacional

A Meteorologia Sinótica é definida como a análise meteorológica e a previsão de tempo

São usados dados obtidos simultaneamente sobre uma grande área com a finalidade de apresentar um ''retrato'' detalhado e quase instantâneo do estado da atmosfera naquele momento

Antes da era dos computadores, isto compreendia a preparacão, análise e interpretação de cartas meteorológicas

Procedimento Operacional

Dados observados

Dados dos aeroportos – METAR Dados da rede sinótica – SYNOPDados de navios – SHIPDados de altitude – UPPER AIRDados de rotas aéreas – AIREPDados observados por satélites –

SATOB

A rede de observação de A rede de observação de superfície da WMOsuperfície da WMO

Esquema dos Esquema dos componentes do componentes do

sistema de sistema de telecomunicação global telecomunicação global

da WMOda WMO

UPPER AIR

GOES LANDSAT

Previsão numérica do tempo

Modelos meteorológicosEquações do movimento e

termodinâmicaEscala global: não requer

condições de contornoEscala regional: condições de

contorno dadas por modelos globais

Condições iniciais

Previsão Previsão numéricanumérica do tempo do tempo

atrito

a

gravidade

pressão degradiente

Coriolisaceleração

FkgpVDt

VD

1

2

z

w

y

v

x

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D

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y

Tv

x

Tu

t

T

1

tFAA orçantepassado

tfuturo

tt

Equações: 2a. Lei de Newton

Continuidade

Termodinâmica

Representação

Solução:

Manualmente Automaticamente

““Cartas sinópticas” e diagramasCartas sinópticas” e diagramas

““PREVISÃO NUMÉRICA”PREVISÃO NUMÉRICA”

INMETCPTEC

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 Globais

GTS(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)

CC

FGCC

FG

PRODUTOS

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PREVISÃO DE TEMPO

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