UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA PRÓ-REITORIA DE PÓS...

UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA

PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA

CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

MESTRADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL

AMPLITUDE DA MARÉ SEMIDIURNA LUNAR DURANTE EVENTOS DE

AQUECIMENTO DA ESTRATOSFERA POLAR

TARSUS KLYNGER SABINO DOS SANTOS

CAMPINA GRANDE – PB

FEVEREIRO DE 2016




Dissertação apresentada ao Programa

de Pós-graduação em Ciência e

Tecnologia Ambiental da Universidade

Estadual da Paraíba, em cumprimento

às exigências para obtenção do título

de Mestre.

ORIENTADOR: Prof. Dr. Edvaldo de Oliveira Alves

COORIENTADORA: Profa. Dra. Ana Roberta da Silva Paulino

CAMPINA GRANDE – PB

FEVEREIRO DE 2016




Dissertação apresentada ao Programa

de Pós-graduação em Ciência e

Tecnologia Ambiental da Universidade

Estadual da Paraíba, em cumprimento

às exigências para obtenção do título

de Mestre.

COMISSÃO EXAMINADORA

DEDICATÓRIA

A toda minha família pelo apoio,

incentivo e dedicação durante toda essa jornada.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a todos que contribuíram para este trabalho e especialmente a algumas

amizades que foram construídas ao longo deste curso de pós-graduação, tais como

Albiery, André Luiz, Magno, Geovania , Yohana, ao secretário do programa Josemberg

Moura pela sua prestatividade, Josenildo.

Agradeço a todos os professores deste programa de pós-graduação e em especial

aos professores José Etham, José Fidelis, Monica Maria, Valderi Leite, pelo incentivo e

ensinamentos para toda à vida.

Agradeço principalmente ao grupo de pesquisa em Física da Atmosfera – UEPB

pela receptividade ensinamentos e experiências aqui trocadas. E principalmente aos

meus orientadores Ana Roberta da Silva Paulino (que sem sua ajuda nada disto teria

sido construído) e Edvaldo de Oliveira Alves (pela paciência que sempre teve comigo

mesmo reconhecendo minhas grandes dificuldades na escrita científica) .

Isto é loucura! Eles desejam um líder

assim como uma criança espera o leite

materno.

É por isso que se tornam presas fáceis

dos tiranos e déspotas.

Por que eles não procuram a

verdadeira fé sem si mesmos? Por que

buscam outro que lhe mostre o

caminho?

(Surfista Prateado)

4

RESUMO

A maré atmosférica lunar caracteriza-se em significativas mudanças que ocorrem

principalmente nos campos de vento, temperatura da atmosfera terrestres produzida

pela influência direta da Lua sobre os corpos presentes nesta superfície. Utilizando doze

anos de dados adquiridos do instrumento SABER/TIMED é possível identificar

resultados da amplificação de maré lunar principalmente durante o inverno no

hemisfério norte . Sabe-se também que principalmente na estação de inverno da região

polar ártica ocorre o fenômeno denominado aquecimento estratosférico súbito (Sudden

Stratospheric Warming), o qual corrobora em expressivas mudanças na dinâmica

atmosférica durante sua ocorrência. Alguns estudos evidenciaram conexão entre os

eventos intensos de aquecimento abrupto da estratosfera polar do hemisfério norte com

a maré atmosférica lunar. Sabendo destas condições, o objetivo deste trabalho foi

investigar possíveis efeitos produzidos pelo aquecimento abrupto da estratosfera polar

na maré atmosférica semidiurna lunar na região Mesosférica e baixa Termosfera (MLT).

Neste sentido, dados de temperaturas estimadas a partir de medidas obtidas com o

instrumento SABER/TIMED foram analisados juntamente com dados da estratosfera

polar, fornecidos pelo National Centre for Environmental Prediction (NCEP).

Analisados os resultados, verificou-se que durante o período de ocorrência da maré

atmosférica lunar, os aquecimentos abruptos da estratosfera polar, contribuíram em

alguns casos, corroborando para uma maior e menor amplificação da maré semidiurna

lunar na atmosfera quando comparado com estudos que analisaram os efeitos da maré

semidiurna lunar sem levar em conta a influência do aquecimento estratosférico.

PALAVRAS CHAVE: Maré semidiurna lunar. Aquecimento estratosférico.

5

SUMÁRIO

1. Introdução 9

2. Fundamentação Teórica 12

2.1 Maré Atmosférica Lunar 12

2.2 Fases da lua

2.2 Período lunar

14

16

2.4 Alguns estudos da maré lunar atmosférica

17

2.5 Aquecimento Abrupto Estratosférico (SSW)

20

2.6 Alguns estudos envolvendo aquecimentos estratosféricos e maré lunar

atmosférica

23

3. Material e métodos 25

3.1 Determinação da maré semidiurna lunar 26

3.2 Aspectos teóricos da maré lunar

27

3.2.2 Função de excitação gravitacional

28

3.3 Instrumentação

31

3.3.1. Instrumento saber 31

3.4 Amplitude da maré semidiurna lunar

3.4.3 Dias categorizados com aquecimento estratosférico

37

39

4. Resultados e discussões 41

4.1Estrutura e comportamento dos ventos zonais e da temperatura

estratosférica

41

4.2 Dias categorizados com aquecimento estratosférico 45

4.3 Variação temporal 50

4.4 Variação longitudinal 63

5. Conclusões

68

6. Referências Bibliográficas 70

6

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Representação do sistema Sol-Terra-Lua visto por um observador externo

olhando diretamente para o pólo sul da Terra. O círculo externo mostra a Lua em

diferentes posições relativas em relação à linha Sol-Terra, assumidas à medida que ela

orbita a Terra de oeste para leste (sentido horário para um observador olhando para o

pólo sul). O círculo interno mostra as formas aparentes da Lua, em cada situação,

para um observador no hemisfério sul da Terra. Fonte: Adaptado de Ciência mão,

2015

Figura 2 - Esquema da configuração entre o tempo solar e lunar e do ângulo da fase

lunar. Fonte: Chapman e Lindzen (1970)

Figura 3 – Representação geométrica para o cálculo de potenciais de marés.Fonte:

Adaptado: Lamb (1932)

Figura 4 – Determinação do ângulo Zenital. Fonte: Adaptado de Paulino (2010)

Figura 5 - Concepção artística do satélite TIMED. Fonte: http:

//www.timed.jhuapl.edu/www/index.php – Website do satélite TIMED (2015)

Figura 6– Perfil do comportamento da temperatura estratosférica em função da

altitude obtido através do instrumento SABER para o dia 13 de janeiro de 2003. Fonte:

Adaptado de Paulino (2013).

Figura 7- Orbitas do SABER para o dia 03 de janeiro de 2003. O retângulo cinza

delimita uma grade de 40° de longitude por 10° de latitude, centrada em 30° S e50° W.

Fonte: Adaptado de Paulino (2013)

Figura 8 – Cobertura latitudinal das sondagens SABER em 2003. Fonte: Adaptado de

Paulino (2013)

Figura 9- Representação da temperatura polar durante um aquecimento Major

geradopelo endereço :http://acd-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services/met/ann_data.html

Figura 10 - Representação do vento zonal durante um aquecimento Major gerado pelo

endereço: Adaptado de http://acd-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services/met/ann_data.html

Figura 11 – Vento Zonal Dezembro 2002.

Figura 12 – Temperatura Estratosférica Dezembro 2002.

Figura 13 – Vento Zonal Janeiro 2003

Figura 14 –Temperatura Estratosférica Janeiro 2003

Figura 15 – Vento Zonal Fevereiro 2003

Figura 16 – Temperatura Estratosférica Fevereiro 2003

http://acd-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services/met/ann_data.html

7

Figura 17 – Vento Zonal Dezembro 2003

Figura 18 - Temperatura Estratosférica Dezembro 2003


Figura 20 – Temperatura Estratosférica Janeiro 2004

Figura 21 – Vento Zonal Fevereiro 2004.

Figura 22 – Temperatura Estratosférica Fevereiro 2004

Figura 23 – Vento Zonal Dezembro 2004

Figura 24 – Temperatura Estratosférica Dezembro 2004


Figura 26 – Temperatura Estratosférica Janeiro 2005


Figura 28 – Temperatura Estratosférica Fevereiro de 2005

Figura 29 - Amplitude média zonal da maré semidiurna lunar em janeiro de 2003










Figura 40 - Amplitude média zonal da maré semidiurna lunar em janeiro de 2014.

Figura 41 - Amplitude média zonal da maré semidiurna lunar para o mês de janeiro

para diferentes anos (2003-2012). Fonte: Adaptado de Paulino 2013

Figura 42- Variação da amplitude média no período de janeiro em anos diferentes

(2003 a 2014) da maré semidiurna lunar na temperatura com a longitude, latitude e

8

para a altitude de 90 km.

Figura 43 - Variação da amplitude média no período de janeiro em anos diferentes

(2003 a 2014) da maré semidiurna lunar na temperatura com a longitude, latitude e

para a altitude de 105 km

9

CAPÍTULO 1

1. INTRODUÇÃO

A região da média e alta atmosfera compõe um sistema acoplado em que os

fenômenos que acontecem em determinada camada e altitude podem afetar outras

camadas em altitudes diferentes. A região da mesosfera e baixa termosfera (MLT –

“Mesosphere and Lower Thermosphere"), localizada entre aproximadamente 60 km e

100 km de altitude, desempenha um papel importante no acoplamento vertical das

subcamadas atmosféricas, uma vez que oscilações atmosféricas dos tipos ondas de

gravidade, ondas planetárias e ondas de marés se constituem num caminho possível para

a compreensão da climatologia da atmosfera.

Dentre os fenômenos detectados na região MLT devido ao aquecimento da

atmosfera através da radiação solar e pela combinação das atrações gravitacionais

solares e lunares, destaca-se a maré atmosférica lunar que se comporta como uma

oscilação de escala global com períodos que são submúltiplos do dia lunar e que tem

sua origem na região mais densa da atmosfera da Terra, principalmente, através da

atração gravitacional da Lua. As componentes mais estudadas desta oscilação são: a

componente diurna, a semidiurna e a terdiurna. A componente semidiurna, período de

12,420 horas solar ou 1,9323 ciclos por dia, é a mais importante porque apresenta maior

amplitude, por exemplo, em comparação com a componente diurna cujo período é de

aproximadamente 24,848 horas solar (STENING; VINCENT, 1989).

A maré semidiurna lunar se propaga verticalmente, atingindo amplitudes mais

elevadas na região da mesosfera e baixa termosfera. Por meio de medidas contínuas de

radar, os dados obtidos e suas análises, têm-se contribuído para compreender as

características da maré semidiurna lunar. Por exemplo, a maré lunar apresenta certa

dependência com as estações do ano, ou seja, ela apresenta dependência sazonal.

Alguns trabalhos mostraram que, geralmente, a maré semidiurna lunar apresenta

amplitude máxima no solstício de dezembro e no solstício de junho (STENING;

JACOBI, 2001; STENING et al.,1994). Todavia Sandford et al. (2006) constataram

amplitudes máximas em outros períodos, ou seja, no inverno e no outono do hemisfério

Norte.

10

Através de simulação computacional Stening et al. (1987) mostraram a

influência da atmosfera básica na propagação vertical da maré lunar. Vial e Forbes

(1994) caracterizaram a maré lunar, em um intervalo vertical variando desde a

superfície até 400 km, através da análise de ventos e temperatura. Em pesquisas

recentes, destaca-se a influencia da intensificação da maré semidiurna lunar no

eletrojato equatorial e na velocidade de deriva vertical durante eventos de Aquecimento

Abrupto da Estratosfera Polar (FEJER et al, 2010 ; FEJER et al, 2011). Paulino et al

(2012) verificaram uma elevação da amplitude desta oscilação em dados de vento na

região MLT, em três localidades do setor brasileiro (7.4°S, 36.5°W correspondendo ao

município de São João do Cariri-PB, 23°S, 45°W correspondendo ao município de

Cachoeira Paulista-SP e também no município de Santa Maria-RS 29.7°S, 53.7°W )

durante um evento de SSW que aconteceu no período de janeiro de 2006, sugerindo

que o aumento da maré lunar naquele momento poderia ser uma resposta para o

aquecimento estratosférico abrupto na região MLT.

Assim, este trabalho teve como objetivo estudar o comportamento das marés

atmosféricas semidiurnas lunares na região MLT a partir de medidas de temperatura

obtidas pelo instrumento SABER (Sounding of the Atmosphere using Broad band

Emission Radiometry) a bordo do satélite TIMED (Thermosphere Ionosphere

Mesosphere Energetics and Dynamics), no período de dezembro de 2002 a dezembro de

2014, associada aos eventos de Aquecimento Estratosférico Abrupto (SSW – Sudden

Stratospheric Warming) que, devido a características intrínsecas ao hemisfério norte,

ocorre todos os anos na região polar neste hemisfério durante o inverno. Sabendo que,

alguns estudos mostraram indícios dos efeitos do aquecimento estratosférico na

amplificação da maré semidiurna lunar, logo se buscou investigar qual é a contribuição

dos SSW´s para a propagação desta oscilação produzida pela Lua na atmosfera.

Portanto, para melhor compreensão e entendimento, este trabalho foi estruturado

da seguinte maneira:

Maré Atmosférica Lunar – Apresenta a descrição teórica do fenômeno da

maré lunar atmosférica, contendo uma breve revisão bibliográfica sobre o estudo

do tema, abordagem de conceitos básicos utilizados no estudo da maré lunar

como, as fases da Lua e tempo lunar. Descrição da fonte de excitação da maré

11

lunar além de uma descrição geral do modelo de Vial e Forbes (1994). Além da

descrição teórica do Aquecimento Estratosférico Abrupto.

Material e Métodos – São apresentadas descrições do instrumento SABER, do

modelo NCEP – NASA, detalhes da determinação dos dias em que ocorre o

Aquecimento Estratosférico Abrupto além do método de extração de dados da

maré lunar semidiurna.

Resultados e Discussões – Apresentação dos resultados e discussões da

variabilidade sazonal e variações com a altitude das amplitudes e fases da maré

lunar semidiurna para o hemisfério norte. Além da comparação dos resultados

obtidos com modelo numérico.

Conclusões – São dispostas as principais conclusões sobre o trabalho.

12

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1. Maré Atmosférica Lunar

Marés atmosféricas são oscilações em escala global, produzidas por uma

combinação das forças gravitacionais geradas pelo Sol e a Lua sobre a Terra e pela ação

térmica do Sol, cujos períodos são equivalentes aos harmônicos do dia solar ou dia

lunar, podendo também ser migrantes ou não migrantes.

De acordo com Chapman e Lindzen (1970), as marés, principalmente oceânicas

originam-se devido às forças gravitacionais geradas pela Lua e o Sol que interagem com

a Terra sólida e os fluidos presentes na superfície terrestre, obedecendo as Leis da

Mecânica de Newton, visto que o mesmo considerou que a Mecânica das marés

oceânicas poderia ser aplicada a um meio fluido como o meio atmosférico por exemplo.

Considerando a atmosfera um meio mais complexo a ser analisado, por não possuir uma

superfície limítrofe que separe uma camada atmosférica de outra como ocorre nos

oceanos, o estudo das marés atmosféricas requer a análise principalmente da pressão,

temperatura e dos ventos atmosféricos que são parâmetros físicos que auxiliam na

compreensão do estudo das marés.

Aristóteles (350 a.C.) já descrevia a cerca das oscilações ocorridas nas águas

oceânicas no decorrer do dia associando a isso a passagem da Lua no céu utilizando

réguas feitas de madeira para medir o comportamento das marés durante o decorrer do

dia, percebendo-se então que a lua estava diretamente associada com a altura das marés.

Por volta de 320 a.C. surge Pytheas que observou o fenômeno das marés, constatando as

suas relações com as fases da Lua durante suas viagens marítimas de um ponto extremo

do Cabo são Vicente em direção ao Norte (Bretanha), ou seja, uma variação semidiurna

para cada subida da maré associava a passagem da lua em lados opostos no espaço.

O estudo do fenômeno de marés tornou-se sistemático e adquiriu um cunho

teórico mais consistente após o renascimento científico ocorrido na Europa. Nesse

período ganharam destaque publicações como a Philosophiae Naturalis Principia

Mathematica (Princípios Matemáticos da Filosofia Natural) de Isaac Newton e a

Mécanique Céleste (Mecânica Celeste) de Pierre Simon Laplace, as quais apresentaram

melhores teorias e fundamentos a cerca das marés, prevendo também aplicabilidade ao

que ficaria conhecido como maré atmosférica.

13

Jean Baptiste Bouvard no período de 1815 a 1827 estendeu os cálculos e

experimentos realizados por Laplace sobre as marés atmosféricas lunares obtendo

alguns máximos de amplitude da maré em determinados horários do dia em suas

análises, todavia o próprio Bouvard mostrou-se não tão confiante com seus resultados,

uma vez que apresentaram vários erros.

Adolf Eisenlohr em 1843 continuou os cálculos previstos por Laplace (o qual

envolve unicamente diferenças entre medidas do mesmo dia, eliminado a influência de

grandes mudanças na pressão dia a dia), mesmo sem utilizar a mesma metodologia de

Laplace, Eisenlohr concluiu que o seu conjunto de dados não apresentava significância

para determinação da maré lunar e propôs que as medidas do barômetro fossem obtidas

de forma horária para que se tivesse uma longa série de dados possibilitando a

caracterização da maré lunar atmosférica (CHAPMAN E LINDZEN 1970).

John Henry Lefroy (1842), diretor do observatório St. Helena (ilha localizada no

Atlântico Sul, com coordenadas 15° S e 5° W) utilizou dezessete anos de dados obtidos

a cada duas horas feitas por barômetro, esse estudo contribuiu para a determinação da

maré lunar semidiurna, também conhecida como L2, para a região tropical; Seu

sucessor Smythe junto com Sabine confirmaram a determinação para medidas horárias

para mais três anos de dados e mostraram que essas marés são maiores próximos ao

perigeu do que ao apogeu;

Em 1852 o diretor do observatório de Singapura, Elliot determinou a maré

semdiurna para cinco anos de dados; além disso, em 1866, quando o observatório de

Batávia (região equatorial da Indonésia) foi estabelecido, Bergsma e Van der Stok

determinaram a maré lunar semidiurna para dados barométricos horários e em 1905

determinaram para 350000 observações cobrindo quarenta anos de dados (PAULINO

2010).

Chapman (1918, 1919) contribui de forma significativa com o estudo da maré

lunar, com a determinação precisa da maré semidiurna em latitudes médias, além disso,

seus estudos contribuíram para o entendimento do processo de distribuição global da L2

(maré semidiurna lunar), estudo este confirmado anos depois pelo próprio Chapman e

Westfold em 1956. Horowitz e Cowley (1969), a partir de estudos da maré semidiurna

lunar, definiram o alcance geográfico da estação de análises da maré semidiurna, por

meio dos harmônicos esféricos, em forma tabular (GOULTER 2005).

A maré lunar atmosférica possui uma intensidade bem menor quando comparada

com a maré solar. Ainda assim, em altitudes superiores a cerca de 80 quilômetros as

14

marés lunares têm sido estudadas por meio de medidas de ventos, temperatura, emissões

de aeroluminescência e alguns parâmetro na região da ionosfera. Ela representa um tipo

de movimento atmosférico cujo mecanismo Forçante é conhecido com grande precisão,

o que permite testar modelos numéricos e previsões teóricas (HAGAN e ZHANG 2012)

2.2 Fases da Lua

Para estabelecer o que hoje é conhecido como período Lunar houve a

necessidade da criação de um calendário unificado, devido o ano não ser um múltiplo

exato da duração de um dia do mês.

Considerando o Sol para critério de medições de tempo e ou ano solar (tempo

necessário para que a Terra gire em torno do Sol com relação ao Equinócio de

Primavera). Diferentemente do que é utilizado para os calendários lunares que se

baseiam no período de 354,36708 dias ou 12 lunações, (consideremos uma lunação

correspondente a um mês lunar).

Devido a essa diferença do período de dias lunares em relação ao período solar

(~10 dias já que o período solar é de aproximadamente 365,2425 dias), haveria uma

defasagem nas estações dos anos com o passar do tempo, fato este que dificultava os

intervalos para as colheitas. Então para que o Sol volte para o mesmo ponto após a

rotação são necessários 3 min e 56 s a mais, ou seja, um dia sideral possui 23h 56m e 4s

solares (SILVEIRA 2001).

Para uma melhor compreensão de como funcionam as transformações e ou

padronizações de medidas lunares para o período solar se faz necessário entendimento

de alguns fatores, portanto considera-se o dia Sideral, o intervalo de tempo entre duas

passagens sucessivas de uma estrela por um mesmo meridiano com referencial de

estrelas fixas. Vale ressaltar que o dia solar e o dia sideral divergem, devido o

movimento da Terra em torno do Sol (movimento de translação), pois enquanto a Terra

gira em torno do seu eixo continua a se deslocar ao redor do Sol no mesmo sentido.

As quatro fases da Lua ocorrem durante o mês Sinódico ou também chamado de

mês Lunar, a qual dura aproximadamente 29,53 dias. Conforme Silveira (2001) o

intervalo entre fases consecutivas é variável entre aproximadamente 6 e 9 dias, mas a

maioria tem um intervalo entre 7 ou 8 dias, esse período médio de 7 dias entre as fases

da Lua e a base da semana.

15

A lua em relação a Terra, apresenta alguns períodos lunares mais conhecidos

como fases da Lua (Lua Nova, Quarto Crescente, Cheia e Quarto Minguante), os quais

um obervador na Terra verifica suas posições no céu no decorrer do tempo. Vale

ressaltar que a Lua por se tratar de um corpo de luz secundária (apenas reflete luz), uma

de suas faces pode ficar exposta ao Sol enquanto que sua outra face pode ficar de fronte

à Terra já que a Lua possui o movimento de translação em torno da Terra. Levando-se

em consideração esses fatores acima citados, para um oberservador localizado na

superfície terrestre é necessário considerar o movimento relativo do sistema Sol-Lua-

Terra. Na figura 1, representa a órbita que a Lua descreve em torno da Terra visualizada

por um observador externo olhando para o Pólo Sul terrestre é representada ao longo da

elipse. A Lua visualizada por um observador no hemisfério Sul da Terra.

Figura 1 - Representação do sistema Sol-Terra-Lua visto por um observador externo olhando

diretamente para o pólo Sul da Terra. O círculo externo mostra a Lua em diferentes posições

relativas em relação à linha Sol-Terra, assumidas à medida que ela orbita a Terra de oeste para

leste (sentido horário para um observador olhando para o pólo Sul). O círculo interno mostra

as formas aparentes da Lua, em cada situação, para um observador no hemisfério sul da

Terra. Fonte: Adaptado de Ciência mão, 2015

Observa-se, através da na Figura 1 as principais fases lunares durante seu

translado, sendo a área externa, a evolução Lunar visualizada por um observador na

parte que compreende o hemisfério Sul terrestre. Na face escura destaca-se a evolução

16

da Lua na sua órbita em torno da Terra visualizada por um observador que está no polo

Sul terrestre (PS), sendo a luz gerada pelo Sol representada ao lado esquerdo da figura.

A fase da Lua Nova é caracterizada pelo alinhamento entre o Sol e a Lua, de maneira

que a face refletiva permanece oposta Terra, além disso, é nessa fase que a Lua nasce e

se põe no céu quase que ao mesmo tempo em que o Sol no decorrer do dia. A fase

crescente caracteriza-se pela evolução que a Lua faz durante os períodos denominados

de Lua Nova e Lua Cheia.

A fase Lunar denominada Quarto Crescente caracteriza-se quando ao menos

50% da face que reflete Luz está de fronte à Terra. Para um observador localizado na

superfície terrestre ele poderá visualizar que o nascente da Lua é ao meio dia terrestre e

o poente a meia noite.

A fase da Lua Cheia é caracterizada pela reflexão quase que total da área da Lua,

conforme representado na Figura 1, por um círculo branco, o qual o Sol e a Lua estão

separados por um ângulo de aproximadamente 180°. Essa fase lunar também se destaca

devido o nascer da Lua acontecer durante poente do Sol e o poente da Lua ocorrer

durante o nascer do Sol.

A lua na Fase denominada Minguante tem sua ocorrência durante as fases da

Lua Cheia e a Lua Nova. A Lua Quarto Minguante é caracterizada quando ao menos

50% da face que reflete luminosidade podem ser visualiza das na superfície terrestre. É

durante essa fase que a Lua nasce aproximadamente à meia noite e se põe ao meio dia,

além disso, após a fase latente do Quarto Minguante a face refletiva de luminosidade vai

diminuindo no decorrer do tempo até iniciar-se uma nova fase lunar.

2.3 Período Lunar

Em meados do século XIII, o calendário que era mais utilizado pela civilização

ocidental sofreu alterações significativas (calendário Juliano), passando a se adotar

então o calendário Gregoriano por volta de 1582. O calendário Gregoriano caracterizou-

se por recolocar o Equinócio de Primavera no dia 21 de março, pois houve a diminuição

de dez dias no calendário. Além disso, o calendário Gregoriano instituiu o que a

sociedade moderna conhece como o ano bissexto. O período solar instituído pelo

calendário Gregoriano é de aproximadamente 365,2425 dias médios, considerado-se

dia para duas passagens consecutivas que o sol descreve sobre um mesmo meridiano

local.

17

Caracteriza-se por período sideral Lunar ou mês sideral, o tempo necessário que

a Lua leva para completar uma volta em torno da Terra, em relação a uma estrela. Sua duração

média é de 27d 7h 43m 11s , ou seja, aproximadamente 2,25 dias mais curto que o mês

sinódico.

A Lua possui um período sinódico com duração média de 29,5 dias além de ser

2,25 dias maior que o seu próprio período sideral, porque nos 27,32 dias em que a Lua

faz uma volta completa em relação às estrelas (o período sideral da Lua), considera-se

que o Sol desloca-se [360°/(365,25 dias)] aproximadamente 27° (27 dias × 1°/dia) para

leste e, havendo então um acréscimo de 2 dias [27°/(360°/27,32 dias)] para a Lua se

deslocar 27° e estar na mesma posição em relação ao Sol, que define a fase. A lua

possui um período sideral de 27,32166 dias, ou seja, desloca-se numa trajetória de 360°

em relação às estrelas para leste a cada 27,32 dias, isto indica que a Lua se desloca para

leste numa taxa 13° por dia (360°/27,32), em comparação às estrelas. Adotando que a

Terra percorre 360° em um período de 24 horas, e que o Sol desloca-se em média 1°

para leste por dia, portanto a Lua se atrasa 48 minutos por dia [(12°/360°)×(24h×60m)],

ou seja, a Lua nasce cerca de 48 minutos mais tarde a cada dia conforme Filho e Saraiva

(2016).

2.4 Alguns Estudos da maré lunar atmosférica

Forbes (1982) analisou a propagação de perturbações da maré lunar na região da

termosfera. Neste trabalho as oscilações semidiurnas geradas pelo o Sol e pela Lua

desde a superfície até 400 km foram simuladas para as condições de atividade solar

média utilizando modelo numérico. Seus Resultados indicaram as maiores variações de

amplitude da maré lunar na região que compreende 80 a 100 km, onde esta maré

apresentou resultados semelhantes à maré solar diurna.

Stening et al (1994), estudaram o vento em altitudes (~ 80-100 km), utilizando

dados de radares MF no período de 1985-1990. Dentre as análises destacam-se a

variação com a altitude para a fase e amplitude da maré atmosférica lunar, apresentando

variabilidades significativas de ano a ano e que variações sazonais ocorreram em

altitudes particulares. As fases da maré para Adelaide (34°S 138° E) e Saskatoon (52°N,

106°O) foram separadas em grupos com objetivo de classificá-las em simétricas e

http://astro.if.ufrgs.br/lua/mlua.htm

http://astro.if.ufrgs.br/lua/lua.htm#sideral

http://astro.if.ufrgs.br/lua/lua.htm#sideral

18

antissimétricas. Os resultados apontaram predominância da maré simétrica durante os

meses de solstício e da maré antissimétrica nos meses de equinócio.

Stening et al (1997) por meio de um modelo para maré lunar similar ao modelo

proposto por Forbes (1982), investigaram os efeitos de mudanças no vento zonal de

fundo na estrutura da maré lunar na região da alta atmosfera. Seus resultados indicaram

que as mudanças no vento têm um efeito mais significativo que mudanças no perfil de

temperatura de fundo com a latitude. Mudanças observadas na estrutura da maré lunar

ano a ano em Saskatoon podem ser explicadas pela introdução de aquecimento

estratosférico no modelo.

De acordo com Balan et al. (1998) a constituição da camada F3 da atmosfera é

caracterizada por uma predominância de campos elétricos e ventos termosféricos em

regiões de baixa latitude, próxima ao equador magnético. Portanto a maré lunar, que

interage com os ventos termosféricos, com a velocidade de deriva e com a anomalia

equatorial do plasma também participa da formação da camada adicional.

Stening et al. (2003), analisaram a maré lunar semidiurna utilizando um radar

nas proximidades de Jakarta (6,4° S; 106,7° E), no período de 1993 a 1997. O resultado

da análise mostrou que a amplitude da maré lunar nos ventos meridionais é de 2 m/s e

no vento zonal é de 6 m/s no verão. Variações da maré lunar com a altitude e com as

estações são encontradas e comparadas com o modelo GSWM (Global Scale Wave

Model). Foi verificada uma boa concordância com o modelo com uma diferença de fase

no vento zonal no inverno.. Mudanças ano a ano foram observadas em diferentes

estações do ano e, muitas vezes, as relações de fase entre os ventos meridionais e

zonais, em Jakarta, apresentaram mais características de uma maré de hemisfério Norte,

concordando com o que é previsto pela teoria clássica de maré.

Sandford e Mitchell (2007) estudaram as marés lunares sobre o setor equatorial

atlântico. Utilizando dados de ventos a partir de um radar meteórico instalado em

Ascencion Island (8° S; 14, 4° W). Esta análise foi realizada com base em um conjunto

de dados de 5 anos no intervalo de 2001 a 2005 entre 78 e 100 km de altitude para

analisar o comportamento da maré durante todo o período. A maré lunar semidiurna foi

identificada de forma significativa, apresentando maiores amplitudes na componente

meridional. Além disso, os autores compararam seus resultados do comportamento

sazonal observado com o modelo de Vial e Forbes (1994), revelando boa concordância.

19

Contudo as amplitudes detectadas são geralmente maiores e há uma diferença de fase

sistemática em relação ao modelo.

Paulino et al 2012 Usando dados de radares meteóricos de três localidades

brasileiras, São João do Cariri (7,4° S ; 36,5° W), Cachoeira Paulista (22,7° S; 45, 0°

W) e Santa Maria (29,7° S; 53, 8° W), analisaram a maré lunar atmosférica semidiurna

na região MLT para o período de janeiro de 2005 a dezembro de 2008. Para

determinação das amplitudes e fases mensais da maré foram utilizados ventos médios

horários de sete camadas com quatro quilômetros de espessura centradas entre 81 e 99

km de altitudes. Verificaram que os perfis de amplitudes e fases da maré lunar

semidiurna para três localidades mostraram características gerais de ondas verticalmente

propagantes na atmosfera, ou seja, amplitudes crescentes e progressões de fases

descendentes com a altitude. Em São João do Cariri, durante quase todo o ano, as

amplitudes da componente meridional foram maiores que a componente zonal e as fases

apresentaram características equatoriais de hemisfério Sul. Em Cachoeira Paulista, as

amplitudes médias sobre todas as altitudes apresentaram valores maiores na componente

meridional e as fases apresentaram característica de hemisfério Sul durante quase todo o

ano. Santa Maria apresentou valores de amplitudes entre 1, 0 e 8, 0 m/s para a

componente meridional e entre 1, 0 e 5, 0 m/s para a componente zonal.

Yamasaki (2013) Utilizando dados de magnetômetro localizado em Addis

Ababa para os anos de 1958 a 2007 determinou-se a intensidade da maré semidiurna

lunar no eletrojato equatorial durante os eventos de aquecimento estratosféricos para

diferentes estações do ano e detectou-se que ao utilizar os dias em que ocorreram

aquecimentos estratosféricos, a amplitude da onda é maior durante o inverno do

hemisfério norte. No entanto, quando foram utilizados apenas os dados de inverno em

que não continham dias com aquecimentos estratosféricos, a amplitude durante o

inverno do norte não foi significativamente maior do que durante as outras estações.

Eles observou que a amplitude da maré semidiurna lunar durante eventos de

aquecimento estratosférico é aproximadamente 3 vezes maior que nos invernos em que

não ocorreram aquecimento estratosférico e, também, aumenta consideravelmente a

amplitude da maré lunar média durante inverno do hemisfério norte. Além disso, a fase

da maré semidiurna lunar não é significativamente afetada por eventos aquecimento

estratosférico. Estes resultados indicam que a ocorrência de eventos de aquecimento

estratosférico modula significativamente o padrão sazonal de efeitos das marés lunares

sobre a ionosfera.

20

Chau et al (2015) analisaram ventos da alta mesosfera num período de 6 anos

através de radar meteórico compreendendo regiões de média latitude (54°N) e alta

latitude (69°N). Para correlacionar seus resultados, eles optaram por utilizar as

definições propostas por Zhang e Forbes (2014) o qual fornece uma melhor

representação da força no meio atmosférico acerca de propagação das ondas. Efetuaram

uma decomposição de onda no vento num período de 21 dias, além dos dados

adquiridos por meio do radar, a análise foi aplicada ao modelo de simulação total

atmosférico Community Climate Model Extended (WACCM-X) e ao modelo

termosférico ionosphere-eletrodinâmica mesosphere de circulação geral (TIME-GCM).

Os resultados mostraram que a maré semidiurna lunar amplificam no hemisfério norte

durante os meses de inverno, sobre ambas as médias e altas latitudes.A magnitude da

maré semidiurna lunar é altamente correlacionado ao vento zonal de baixa atividade do

vórtice polar.

2.5 Aquecimento Abrupto Estratosférico (SSW, do inglês “Sudden

stratospheric warming”)

Para compreensão do que se entende por Aquecimento Estratosférico Abrupto se

faz necessário o entendimento de alguns fatores que corroboram para formação desse

fenômeno na atmosfera terrestre. Os ventos de inverno que circulam em 10 hPa na

região estratosférica no pólo Norte apresentam um intenso deslocamento na direção

oeste-leste formando o denominado vórtice polar. Estes ventos são mais intensos

durante o inverno do hemisfério Norte, quando o gradiente de temperatura é mais

elevado, e diminuem ou desaparecem no período de verão. Além disso, a distribuição de

massas terrestres em grandes latitudes no hemisfério norte aumenta significativamente a

atividade de ondas de Rossby que se propagam ascendentemente até certo ponto da

atmosfera e interagem com o vórtice e, consequentemente, em seguida provocando uma

quebra do vórtice. A energia liberada durante a interação entre as ondas de Rosbsy e o

vórtice polar é responsável por um aumento abrupto da temperatura estratosférica além

de uma mudança na dinâmica dos ventos. Este processo provoca uma diminuição dos

ventos e ou reversão da circulação do vento estratosférico polar, que inicialmente escoa

na direção oeste-leste. Ocorrendo a reversão da circulação do vento médio zonal, ele

passa a escoar na direção leste-oeste. Esta reversão do vento deve-se à quebra das ondas

http://pt.wikipedia.org/wiki/Gradiente_de_temperatura

http://pt.wikipedia.org/wiki/Onda_de_Rossby

21

planetárias e a consequente deposição de energia na região em questão. Esta atividade

de deposição de energia quando atinge sua máxima atividade pode, num período de

poucos dias, elevar a temperatura da estratosfera polar em até cerca de 50 K. Este

fenômeno descrito é conhecido como Aquecimento Abrupto Estratosférico – SSW.

(MATSUNO, 1971).

Appu (1984) discutiu que os SSW’s são fenômenos de grande escala que podem

ser analisados ao redor do globo inteiro, pois os SSW se originam na região MLT da

atmosfera e seus efeitos são registrados na região da estratosfera tropical. Através de

experimentos utilizando foguetes mostrou que na região equatorial, ocorrem intensos

resfriamentos da estratosfera equatorial que, inclusive, acarretaram decréscimos na

temperatura troposférica. Tais resfriamentos se intensificaram ainda mais no pico de

temperatura do SSW, provocando, nestas regiões, as menores temperaturas registradas

no ano.

Jacobi et al (2003) utilizaram dados obtidos através de radar meteórico e

analisaram a resposta da região MLT, na Europa, para um grande aquecimento

estratosférico durante o inverno de 2000/2001. Os resultados indicaram uma

superposição de uma onda planetária de ~10 dias durante o SSW, o qual intensificou de

maneira lenta a força dos ventos zonais e meridionais na MLT.

Kodera (2006) discutiu que a influência do aquecimento estratosférico súbito na

região do Hemisfério Norte é bastante significativa na temperatura estratosférica

equatorial. Seus resultados mostram as alterações nos ventos zonais extratropicais no

período do verão no Hemisfério Sul. Os resultados sobre os impactos do SSW sobre a

atividade convectiva confirmam os resultados de um estudo prévio desse aquecimento

no Hemisfério Sul em setembro de 2002, segundo o qual, há um aumento da atividade

convectiva da onda de número 1 na estratosfera equatorial, bem como a diminuição da

temperatura na baixa estratosfera e alta troposfera. Esta mudança estratosférica induz o

movimento ascendente na troposfera equatorial, aumentando a atividade convectiva na

região equatorial, mas diminuindo na região MLT.

Alguns trabalhos indicam que o fenômeno, na maré lunar atmosférica no eletrojato

equatorial (EEJ), pode ser amplificado durante os eventos SSW. Este padrão de

amplificação da maré Lunar semidiurna é atribuído às mudanças detectadas no plasma

ionosférico atmosférico e aos aumentos da temperatura na região equatorial (FEJER et

al., 2010).

22

De acordo com Schoeberl (1978), estudos sobre o fenômeno SSW foram

iniciados apenas no final dos anos 50 quando um conjunto mais completo de mapas

sinóticos foi disponibilizado. Devido ao rápido crescimento das assimetrias nos eventos

de SSW, alguns autores tentaram mostrar que os eventos de aquecimento poderiam ser

resultado de instabilidade baroclínica com amplificação de ondas planetárias (Charney e

Stern, 1962). Entretanto, estes estudos não foram suficientes para explicar as

características observadas.

Matsuno (1971) observou que as bruscas mudanças experimentadas na

temperatura são tão grandes que também não poderiam ser explicadas por processos de

aquecimento radiativos, assim o autor utilizou um modelo simples, baseado nos

trabalhos de Charney e Drazin (1961), que resultou na interação de ondas com o

escoamento zonal médio devido à dissipação de ondas levando a desaceleração e/ou a

reversão da circulação zonal que escoa na direção oeste-leste e também induz uma

circulação descendente na estratosfera, causando um aquecimento adiabático.

Portanto, a dinâmica do SSW é discutida em termos da interação de propagação

de ondas planetárias na vertical com o vento zonal. Se distúrbios de escala global são

gerados na troposfera, eles se propagam para cima na estratosfera, onde as ondas agem

para desacelerar o jato polar noturno através da indução de uma circulação meridional,

assim, a distorção e a reversão do vórtice polar ocorrem. Se a perturbação é intensa e

persiste, o jato de oeste-leste pode vir a desaparecer e um vento de leste-oeste pode

substituí-lo.

Quando o aumento da temperatura média não produz a reversão de vento zonal

médio, o SSW é classificado como um aquecimento “minor” (fraco), enquanto que se

ocorre um aumento da temperatura média a partir de 60° latitude em direção ao pólo

acompanhado por uma reversão de vento, o SSW é classificado como um aquecimento

“major” (intenso) (SCHOEBERL, 1978; ANDREWS et al., 1987).

O SSW caracteriza-se por sua ocorrência ser, principalmente, na região polar, do

hemisfério Norte, sendo raras as atividades desse fenômeno no hemisfério Sul. (CHAU

et al., 2015). Nos aquecimentos de baixa intensidade a temperatura pode aumentar até

25 k, mas não ocorre a inversão do vento zonal, gerando apenas uma desaceleração na

direção dos ventos (HOLTON, 1983).

23

2.6 Alguns estudos envolvendo aquecimentos estratosféricos e maré lunar

atmosférica

Manson et al (2009), Estudaram o comportamento da maré não-migrante e sua

relação com o aquecimento estratosférico súbito por meio do satélite SABER/TIMED

no período de inverno no hemisfério norte entre os anos de 2003 e 2004. Detectaram

que os pico gerados pela amplificação das marés não-migrantes localizadas na

estratosfera (~ 40 km) e baixa mesosfera (~ 70 km) são uma consequência da dinâmica

mantida entre o aquecimento estratosférico e as marés. As marés diurnas não-migrantes

quando correlacionadas com as maré diurna migrantes e ondas planetárias estacionárias

(SPWS) evidenciaram a interação maré migrantes como um fonte de marés não-

migrantes. Sendo as marés não migrantes com período de 24 h marés vir a ser um

componente importante da dinâmica atmosférica média durante o aquecimento

estratosférico no inverno ártico de 2003/2004.

Stening (2011) analisou os dados de magnetômetro em terra, o qual mostra que a

maré lunar no eletro jato estratosférico (EEJ) é máximo durante período de inverno do

Norte, exceto na região do Oceano Pacífico. Sabendo-se que SSW’s também são um

fenômeno que ocorrem no hemisfério Norte, o autor sugere que a relação entre a grande

maré lunar no EEJ e o SSW possivelmente pode ser coincidência. A maré lunar nas

variações geomagnéticas em Huancayo é anormalmente grande em comparação com

outras estações. Um exame de variações geomagnéticas nas estações EEJ durante

eventos SSW mostra que à tarde contra-eletrojatos estão frequentemente presentes na

lua nova e lua cheia, embora a relação é por vezes não significativa.

Fejer et al (2011), mostraram um modelo empírico para comprovar efeitos da

maré lunar semidiurna no plasma vertical da região equatorial além de perturbações

durante o inverno ártico nos SSW’s e no fluxo solar mínimo e máximo. Estas

perturbações desempenham um papel dominante na resposta eletrodinâmica em baixas

latitudes na ionosfera para SSW´s. Indicando que as amplitudes das derivas semidiurnas

lunares são significativamente dependentes da região de ocorrência na atmosfera, além

do fluxo solar, com amplitudes mais significativas durante a madrugada e baixos

períodos nos fluxos solares e SSW. Sugerindo que a condutância ionosférica seja

responsável pela modulação das marés lunares durante os SSW’s.

Forbes e Zhang (2012) estudaram a amplificação das marés lunares semidiurnas

além de uma pequena faixa dessa oscilação durante o SSW ocorrido em janeiro de

24

2009. No estudo, eles utilizaram dados de temperatura do SABER a 110 km, além de

dados obtidos pelo instrumento CHAMP/GRACE nas altitudes de 360 e 480 km os

autores utilizaram o Modelo GSWM e com ênfase no período de mínimo solar de 2007-

2010 para correlacionar seus resultados. Um importante resultado surgiu, a partir deste

estudo, é que a resposta de maré lunar M2 em torno de 110 km é da ordem 12-15K em

regiões inferiores das médias latitudes e, além disso, a forçante da maré lunar em

conexão com a SSW atingiu a maior amplificação (em termos de pico de aquecimento

em 10 hPa) em 23 de janeiro de 2009.

Park et al (2012) investigaram a relação entre eventos de SSWs e assinaturas da

maré lunar na ionosfera tropical. Utilizando dados coletados pelo satélite CHAMP, no

período de 2001 à 2009, analisaram o eletrojato equatorial e a intensidade de corrente de

pico. Seus resultados indicaram que uma oscilação com período aproximado de 13 dias

quando modulados com a força produzida eletrojato equatorial está relacionada com a

amplificação da maré lunar na ionosfera pelo efeito SSW. Estes resultados porque, ao

desenvolver a equação para a maré lunar, as modulações no eletrojato equatorial,

durante os períodos SSW em pleno inverno, consistiram em atrasos de fase de onda

maré semidiurna lunar na ordem de 4,4 à 0,3 dias no período de propagação da maré

durante o SSW.

Padatella e Liu (2013) realizaram um estudo sobre os aquecimentos

estratosféricos súbitos (SSW) e suas possíveis influências nas marés lunares

atmosféricas e nas ondas planetárias, a fim de investigar a variabilidade das marés na

mesosfera e baixa termosfera (MLT). Dentre os resultados, destacam-se mudanças na

maré semidiurna lunar durante os SSWs principalmente em algumas fases lunares.

Sabendo-se que os SSWs corroboram em até 30% na variabilidade do conteúdo

eletrônico total da ionosfera. Com base nas simulações, estimou-se que a maré lunar

pode contribuir para cerca de 30% na ionosfera em relação aos SSWs. A influência da

maré lunar é, no entanto, dependente da fase de a lua em relação ao momento da SSW.

Este estudo contribuiu para o entendimento que a maré lunar serve para aumentar ou

reduzir a resposta na ionosfera em determinados horários locais os quais são aferidos o

conteúdo eletrônico total.

Yamazaki (2013) Utilizou dados de magnetômetro em terra em Addis Ababa

para os anos 1958-2007 para determinar a maré lunar semidiurna no eletrojato

equatorial em diferentes estações do ano. Quando todos os dados estão incluídos, a

amplitude da onda é maior durante o inverno do Norte. No entanto, quando são

25

utilizados apenas os dados para invernos que não ocorreram SSW, a amplitude durante

o inverno do Norte não é significativamente maior do que durante as outras estações.

Seus resultados mostraram que a amplitude da maré seimidiurna lunar durante eventos

SSW é de aproximadamente três vezes maior do que para invernos que não ocorreram

SSW, e que aumenta consideravelmente a amplitude da maré lunar média durante

inverno no hemisfério norte. Além disso, a amplitude da maré semidiurna lunar média

durante os invernos que não ocorreram SSW, não são tão expressivos se comparados

aos períodos de equinócios, indicando que os grandes efeitos de maré lunar durante o

inverno no hemisfério norte são devidos, em grande parte, para a ocorrência de eventos

SSW.

3.MATERIAL E MÉTODOS

No presente estudo foram utilizados dados de temperatura da região entre 90 e

110 km de altitude, os quais foram estimados a partir de medidas obtidas pelo

instrumento SABER, este instrumento está abordo do satélite TIMED. Além disso,

também foram utilizados dados de vento obtidos por meio do endereço eletrônico

http://acd-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services/met/ann_data.html NCEP/NASA, os quais

dispõem de uma série de dados de temperatura e ventos atmosféricos.

3.1 Determinação da maré semidiurna lunar

A maré semidiurna lunar apresenta a maior amplitude dentre as marés geradas

pelo potencial gravitacional da Lua sobre o sistema combinado Terra-oceano-atmosfera.

A determinação da maré lunar na atmosfera apresenta certos empecilhos devido

basicamente a dois fatores: (1) o sinal da maré lunar, geralmente, é pequeno quando

comparado com a maré solar e (2) apresenta frequência muito próxima a da maré

semidiurna solar (para a maré semidiurna solar tem-se 2 ciclos/dia e para lunar 1,9323

ciclos/dia). Esta proximidade nos períodos da maré solar semidiurna (12 h) e lunar

(12,42 h) precisa ser considerada para que não haja erros na conversão de dados do

tempo.

Para a perspectiva vista por instrumentos de solo, por exemplo, se a maré solar

apresentar um espectro alargado, portanto a energia desta onda irá se espalhar para o

26

período da maré lunar. Porém, esta influência será mais efetiva quanto mais curta o

conjunto de dados analisado. Desta maneira, um conjunto de dados é requerido para

fornecer uma resolução espectral necessária para separar as componentes solar e lunar

(STENING; VINCENT, 1989; STENING et al., 2003; PAULINO, 2013).

Para entender um pouco melhor este aspecto, serão calculados os períodos das

marés semidiurnas lunares de acordo com a perspectiva da amostragem dos dados que

são coletados pelo satélite TIMED. O período para que uma maré seja visualizada

(mirada) por um satélite que orbita um astro e coleta amostra de dados do mesmo, está

diretamente ligada a precessão (mudança do eixo de rotação de um satélite durante a

órbita) desse satélite (RAY; LUTHCKE, 2006). Sabendo destas condições o satélite

TIMED responsável pela captura de informações referentes a temperatura e ventos,

possui um ângulo de inclinação de aproximadamente 74,1° em relação ao plano , e o seu

período compreende ~ 120 dias.

A idade da Lua pode-se definir como uma função linear do tempo universal.

Sendo assim, da Figura 7, pode-se perceber que a diferença entre a taxa de rotação da

Terra em relação ao Sol ( S ) e a taxa de rotação da Terra em relação à Lua ( L ) é

praticamente constante, ou seja:

S L C (Eq.1)

Denotando o subscrito “t” para a perspectiva vista de um observador na Terra e

o subscrito “s” para perspectiva de um observador num satélite, tem-se:

S L

t t C (Eq.2)

e

S L

s s C (Eq.3)

Igualando as equações 2 com 3, obtém-se:

L S L S

s s t t (Eq.4)

O qual L

t trata-se da frequência diurna da componente gravitacional medida na

Terra,S

t = 1 ciclo/dia que é a frequência de rotação da Terra com relação ao Sol e S

s é

a taxa de precessão do satélite.

27

Tal como exemplo, utilizando a perspectiva de uma estação no solo, para a

componente M2, C =1/29; 53 ciclos/dia (29,53 é denominado mês lunar e é o intervalo

entre duas fases iguais da lua), então 1/ L = 1, 035 dias ou 24,84 h, que é conhecido

como dia lunar ou duas vezes o período de M2 (que corresponde a maré semidiurna

lunar).

Utilizando a Equação 4 é possível calcular o período da maré M2 visto pelo

satélite TIMED. Da Equação 2,S

t = 1/29, 53+1/1, 035 = 1 e L

t =1/1, 035, sendo

assim,L

s = -1/120+1/1, 035 -1 ≈ -0, 0421 ciclos/dia, então o período é 1/L

t =-23,

7dias. Todavia este cálculo está sendo aplicado para dois períodos da maré semidiurna

lunar, então no caso da componente semidiurna o período na perspectiva do satélite

TIMED é 1/L

s = 11, 84 dias. O sinal negativo indica que a hora lunar decresce em

relação à hora universal. Comparando com o período da maré semidiurna solar que é

observada na perspectiva de satélite com aproximadamente 60 dias, pode-se concluir

que mesmo a maré semidiurna lunar (12, 42 h) e a maré semidiurna solar (12,00 h).

3.2Aspectos teóricos da maré lunar

A figura 2 representa o ângulo entre o plano que contém Terra-Sol e Terra-Lua, τ o

tempo lunar e t o tempo solar,

Figura 2 - Esquema da configuração entre o tempo solar e lunar e do ângulo da fase lunar.

Fonte: Chapman e Lindzen (1970)

28

A amplitude e a fase da maré lunar devem ser estimadas utilizando o tempo

lunar, pois diferente da maré solar que acompanha o movimento aparente do Sol,

consequentemente, tem uma fase consistente com o período solar, a fase da maré lunar

decresce sistematicamente dia a dia quando medida em tempo solar. Sendo assim, como

as medidas de temperatura são fornecidas em tempo solar a seguinte relação é utilizada

para converter o tempo da medida para tempo lunar:

τ = t - ν (Eq.5)

O qual, τ o tempo lunar t é o tempo solar local e ν o ângulo entre o plano que contém

Terra-Sol e Terra-Lua (ou idade da Lua).

Devido algumas diferenças significativas do tempo solar em relação a tempo

lunar, faz-se necessário a adoção de algumas conversões no que diz respeito ao tempo

lunar para que homogeneíze as medidas das grandezas, logo 15° = 1h são equivalentes,

pois podem ser obtidas medidas angulares ou em horas para as medidas de tempo

utilizando a padronização das grandezas.

Portanto a Lua descreve um ciclo de 24 h no percurso de um mês sinódico médio

e cresce aproximadamente 0,81272 h para o dia solar médio. Sabe-se que o tempo solar

“t” possui vinte e quatro horas e o dia lunar equivale a 1,03505 do dia solar ou

convertendo esse valor para horas 24 h 50,47 min.

3.3 Função de Excitação Gravitacional

O fenômeno da excitação gravitacional decorre principalmente, do potencial

gravitacional da Lua, este apresenta pequenas contribuições do potencial devido ao Sol. A partir

do modelo matemático proposto por Lamb (1932) para a função de excitação gravitacional, a

figura 8 é uma configuração geométrica para auxiliar o cálculo do potencial gravitacional e nela

considera-se que a Lua está no ponto C. O ponto C’ é a projeção do ponto C do lado oposto da

Terra, de tal modo que OC’ e igual a OC.

29

Figura 3 – Representação geométrica para o cálculo de potenciais de marés.

Fonte: Adaptado: Lamb (1932)

Conforme a figura 3 o centro da Terra, C o centro do corpo perturbador (Lua ou Sol, por

exemplo). O potencial de atração da Lua em um ponto P próximo da superfície da Terra é dado

por:

M

L

(6)

Onde M é a massa da Lua e a constante gravitacional. Considerando que o ângulo

entre POC é Ɵ, o qual corresponde ao ângulo zenital, e aplicando a lei dos cossenos no

triângulo (COP), a Equação 2 pode ser redefinida como:

1

2 2 2

M

2 aD aDcos

(7)

Entretanto, o objetivo é não é determinar o efeito da aceleração absoluta em P, mas a

aceleração relativa à Terra. A aceleração que a Lua produz na massa total da Terra é:

2

M

D

(8)

Portanto o potencial gravitacional de um campo de força uniforme pode ser escrito da

seguinte maneira:

-2

Mcosa

D

(9)

Logo o potencial total pode ser descrito como sendo a subtração de 3 em 5 , portanto :

Ω= 2 2 1/2

M

2 aD aDcos

+

2

Mcosa

D

(Eq.10)

Colocando o termo M

L

em evidência, obtém-se:

30

1/2²1 2 cos cos

2 ²

M a a a

a D D D

(Eq.11)

Expandindo a expressão 1

2²1 2 cos

²

a a

D D

em termos de

a

D, o qual é nesse

caso uma quantidade muito pequena devido a D e considerando-se apenas o termo mais

importante encontra-se:

1

2²1 2 cos

²

a a

D D

² 1 3cos cos ²

² 2 2

a a

D D

(Eq.12)

Substituindo a Eq.7 na Eq.6, Tem-se:

² 1 3cos cos ² cos

² 2 2

M a a a

D D D D

(Eq.13)

Reorganizando a Eq.8, temos:

3 ² 1

cos ²2 ³ 3

Ma

D

(Eq.14)

Para analisar a Eq.10 se faz necessário reescrever cos , considerando a longitude de

P medida para Leste do meridiano fixo, o ângulo horário de C (ponto que localiza a Lua)

medido para Oeste do mesmo meridiano e θ é a colatitude. A Figura 10 apresenta um esquema

dos pontos P e C e dos ângulos citados.

Figura 4 – Determinação do ângulo Zenital.


31

A partir da Figura 4 é possível determinar os vetores unitários P e C , portanto,

ˆ ˆ ˆ ˆcos cosP sen x sen sen y z (Eq.15)

ˆ ˆ ˆ ˆcos cosC sen x sen sen y z (Eq.16)

O qual x , y e z são os vetores unitários para as direções X, Y e Z respectivamente

Considerando ˆˆcos .P C é possível obter a seguinte equação,

cos cos cos cos( )sen sen (Eq.17)

Conforme demonstrado na Equação 10, o potencial gravitacional depende de ,

M, a ,D (considerando-os como constantes) e do cosƟ. Assim, com o resultado da

Equação 13 é possível detectar que além das constantes, o potencial gravitacional está

diretamente associado à colatitude (θ), longitude (), do ângulo horário () e do ângulo

que localiza a Lua a partir do polo norte ( ).

3.4 Instrumentação

3.4.1. Instrumento SABER

Para o desenvolvimento da pesquisa proposta foram utilizadas medidas de temperatura

obtidas pelo satélite TIMED (do inglês ‘Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and

Dynamics). Este satélite é composto por quatro instrumentos: SEE - Solar Extreme Ultraviolet

Experiment’, TIDI - TIMED Doppler Interferometer’, GUVI (do inglês, ‘Global Ultraviolet

Imager’) e SABER (do inglês, ‘Sounding of the Atmosphere using Broadb and Emission

Radiometry’). A Figura 5 ilustra a concepção artística do TIMED e as posições dos

instrumentos.

32

Figura 5 - Concepção artística do satélite TIMED.

Fonte: http: //www.timed.jhuapl.edu/www/index.php – Website do satélite TIMED (2015)

O instrumento SEE (Solar Extreme Ultraviolet Experiment) é responsável por

medições de radiação ultravioleta solar na mesosfera e na baixa termosfera-ionosfera

(entre 60 km e 180 km), além disso, sua composição consiste em um espectrômetro e

por um conjunto de fotômetros. TIDI (TIMED Doppler Imager) é responsável por medir

os perfis de vento e temperatura na região entre 60 km e 180 km, verificando as

emissões do oxigênio atômico. O GUVI (The Global Ultraviolet Imager) caracteriza-se

por aferir a composição e entrada de energia (radiação que compreende 115-180 nm)

característica de fluxo dos elétrons excitados além de perfis de densidade eletrônica da

ionosfera na região F, e o SABER mede emissões de CO2 na atmosfera em um amplo

intervalo espectral e de altitude.

O instrumento SABER é um radiômetro multi-espectral que opera no

infravermelho entre 1,27 µm e 17 µm capaz de medir perfis verticais de emissões

atmosféricas em um amplo intervalo de altitude e de vários gases na atmosfera terrestre.

Além disso, possui uma boa varredura no plano do limbo, facilitando as sondagens

contínuas durante o período de rotação terrestre (dia e noite) e ao mesmo tempo

auxiliando nos estudos da variabilidade de parâmetros atmosféricos com uma cobertura

global mais eficaz.

Entre suas principais funcionalidades científicas, destacam-se: as medições da

estrutura atmosférica, compreendendo a região da mesosfera e da baixa termosfera-

ionosfera, ou seja, as variações de temperatura ocorridas, assim como análise de

33

densidade e pressão com altitude. Tal equipamento demonstra-se bastante eficaz nas

análises de variações gasosas (gases como oxigênio e hidrogênio), assim como a

dinâmica da atmosfera terrestre (MERTENS et al, 2009).

A temperatura fornecida pelo SABER é a temperatura cinética, que é obtida

utilizando medidas de emissões de CO2 em dois canais passa banda [(650 – 695 cm-1

),

(580 – 760 cm-1

)]. Este dois canais são utilizados para registrar a pressão com a altitude

na estratosfera e inferir a temperatura cinética supondo condições de equilíbrio

termodinâmico local. No entanto, esta condição de equilíbrio termodinâmico não é

satisfatória para altitudes superiores a 50 km para o CO2 em 15 µm. Sendo assim, para

calcular a temperatura nas altitudes superiores a 50 km é aplicado um algoritmo de

recuperação utilizando medidas de radiancia do canal espectral (650-695 cm-1

) do CO2.

Mais informações sobre a obtenção da temperatura cinética podem ser encontradas em

Mertens et al. (2001,2002).

A Figura 6 mostra um perfil de temperatura (temperatura em função da altitude)

fornecido pelo instrumento SABER para o dia 13 de janeiro de 2003. Para a construção

deste perfil foi escolhida a latitude de 22°S e longitude de 44°O. No perfil de

temperatura observam-se distintamente as regiões atmosféricas segundo a variação da

temperatura.

Figura 6– Perfil do comportamento da temperatura estratosférica em função da altitude obtido

através do instrumento SABER para o dia 13 de janeiro de 2003.

Fonte: Adaptado de Paulino (2013).

34

A principal vantagem dos dados atmosféricos medidos a bordo de satélite é a

cobertura espacial, que torna possível o estudo global de ondas atmosféricas. A Figura 7

mostra a cobertura da sondagem do satélite no dia 3 de janeiro de 2003. Nesta Figura a

barra de corres indica a hora local em que a sondagem foi realizada. O satélite TIMED

possui uma órbita quase-sol-síncrona (“quasi-sun-synchronous"), ou seja, as sondagens

cruzam o equador quase no mesmo horário local. Cada ponto representa a localização

em longitude e latitude da medida de temperatura.

Na Figura 7 pode-se destacar que as orbitas de subida ou descida ocorrem quase

na mesma hora local no intervalo de latitude entre aproximadamente -70° e 40°, ou seja,

por volta das 17 h para órbita ascendente e por volta das 3 h para órbita descendente.

Figura 7- Orbitas do SABER para o dia 03 de janeiro de 2003. O retângulo cinza delimita uma

grade de 40° de longitude por 10° de latitude, centrada em 30° S e50° W.


Como pode ser observado na Figura 8, em um período regular de

aproximadamente 60 dias, a direção de sondagem muda fazendo com que a cobertura

latitudinal seja maior em um dado hemisfério dependendo da época do ano. Esta

variação na cobertura latitudinal pode variar de 53° em um hemisfério e 83° no outro.

Pode-se verificar que para o ano de 2003 a cobertura do satélite muda seis vezes, nos

dias 14 de janeiro, 17 de março, 21 de maio, 15 de julho, 18 de setembro e 19 de

novembro.

35

Figura 8 – Cobertura latitudinal das sondagens SABER em 2003.


Devido esta mudança periódica da cobertura latitudinal do satélite, neste

trabalho serão utilizadas as medidas de temperatura no intervalo de latitude entre -50° e

50°.

Com base em alguns trabalhos publicados com estudo das marés lunares

envolvendo os aquecimentos estratosféricos tais como Hoffman et al (2007), Steninget

al (2011),Yamazaki (2013), decidiu-se analisar o efeito sobre a maré Lunar atmosférica

durante os aquecimentos estratosféricos, pois existem períodos da amplificação da maré

Lunar semidiurna devido atividade dos aquecimentos estratosféricos.

Para uma melhor compreensão no processo de análise dos dias em que acontece

o fenômeno do aquecimento abrupto estratosférico no período do inverno no hemisfério

Norte, selecionou-se algumas figuras representando o comportamento da temperatura

estratosférica e do vento zonal respectivamente em um período de ocorrência do

aquecimento estratosférico.

A Figura 9 representa os efeitos, na temperatura polar, para um Aquecimento

Estratosférico Abrupto major ocorrido no hemisfério Norte no período de 2005/2006.

36

Figura 9- Representação da temperatura polar durante um aquecimento Major gerado pelo

endereço :http://acd-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services/met/ann_data.html

Para valores com altitude de 90 km e 10hPa no eixo vertical (y) da Figura 11, tem-se os

valores da temperatura em Kelvin; no eixo horizontal (x) os períodos ou meses de ocorrência do

fenômeno SSW; a linha vermelha representa o comportamento temperatura.

Figura 10 - Representação do vento zonal durante um aquecimento Major gerado pelo

endereço: Adaptado de http://acd-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services/met/ann_data.html

http://acd-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services/met/ann_data.html

37

Para a latitude 60°N e região de 10hPa, no eixo vertical (y) da Figura 12, observa-se os

valores da velocidade em m/s dos ventos zonais; no eixo horizontal (x) os períodos ou meses de

ocorrência de desaceleração e reversão do vento zonal durante o SSW; a linha vermelha

representa o comportamento dos ventos zonal e a linha púrpura é o parâmetro para detecção de

reversão e ou desaceleração do vento zonal.

3.4.2 AMPLITUDE DA MARÉ SEMIDIURNA LUNAR

Para estudar a contribuição da maré lunar durante os eventos SSW, foi utilizado

o ajuste de mínimos quadrados aplicando a seguinte equação:

= (Eq.14)

Nesta equação, denota o tempo lunar local, representa o valor médio da

temperatura, representa sub-harmônicos de um dia lunar, e são a amplitude e

fase, respectivamente.

Para justificar este trabalho calculou-se a amplitude da maré lunar semidiurna

durante os aquecimentos estratosféricos abruptos. A fim de detectar se existe ou não

influencia dos eventos SSW nas marés semidiurnas lunares.

A amplitude e a fase da maré lunar devem ser estimadas utilizando o tempo

lunar, pois diferente da maré solar que acompanha o movimento aparente do Sol e,

consequentemente, tem uma fase consistente com o período solar, a fase da maré lunar

decresce sistematicamente dia a dia quando medida em tempo solar. Sendo assim, como

as medidas de temperatura são fornecidas em tempo solar a seguinte relação é utilizada

para converter o tempo da medida para tempo lunar:

= (Eq.15)

Na qual, t é o tempo solar local e é a fase da Lua.

Para a construção deste trabalho foram catalogados os dias de ocorrência do

Aquecimento Estratosférico Abrupto nos meses que ocorrem o inverno no hemisfério

Norte, utilizando dados de temperatura e ventos zonais globais a partir de medidas

obtidas pelo portal NCEP/NASA (National Aeronautics and Space Administration

Goddard Space Flight Center) na região da baixa termosfera e alta mesosfera (altitude

de 80-115 km), tendo como base a metodologia proposta no trabalho por Yamasaki

38

(2013) para definição do período com aquecimento estratosférico. Inicialmente para

determinação e ou diferenciação dos aquecimentos intensos para os menos intensos,

tentou-se utilizar a metodologia proposta pela Organização Mundial de Meteorologia

(OMM), o qual estabelece que num dia de análise se a variação de temperatura atingir

um pico de até 25K pode ser considerada um atributo de um aquecimento menos

intenso, se o vento zonal estratosférico sofrer uma brusca reversão em um período de

dias ou uma semana então, para este análise, este fenômeno representa um aquecimento

intenso.

Contudo a mesma mostrou-se não ser tão clara, do ponto de vista do

estabelecimento da diferenciação convincente de ocorrência de SSW´s e, também, entre

os aquecimentos major e minor necessários para as pesquisas desenvolvidas neste

trabalho. Portanto, optou-se por utilizar então a metodologia proposta por Yamasaki

(2013) para poder estabelecer essa diferenciação de forma mais adequada. A

metodologia é simples e objetiva na representação do comportamento de um


O método proposto utiliza os seguintes critérios: (1) para distinguir a intensidade

da reversão dos ventos zonais, estabelece que 60 20C

mU U

s . Sendo U60 a

velocidade do vento para o dia de análise na região de 10hPa em latitude 60°N , UC a

média dos valores dos ventos para os dias; (2) para determinação do gradiente

latitudinal de temperatura estabelece que 90 60 10T T K . Sendo 90T e 60T as

temperaturas estratosféricas na região de 10 hPa entre 90° N e 60°N respectivamente.

Quando ambos os critérios são atingidos, o Aquecimento Estratosférico Abrupto é

caracterizado como de categoria major, casos contrário será minor.

Em sua pesquisa Yamasaki (2013) utilizou, para distinguir a intensidade da

reversão dos ventos zonais, uma série histórica para os períodos de inverno no

hemisfério norte dos ventos zonais de 1979 até 2014. O mesmo período de dados de

temperatura estratosférica foi utilizado (série climatológica desde 1979 até 2014 para os

períodos de inverno no hemisfério Norte para a temperatura estratosférica na região de

10 hPa entre 90° N e 60°N de latitude).

Adotadas os critérios descritos por Yamasaki (2013), realizaram-se os cálculos

adequados e estabeleceram-se os dias caracterizados com aquecimento estratosférico na

região do hemisfério Norte no período de dezembro de 2002 até Fevereiro de 2014, ou

seja, período característico de inverno no referido hemisfério.

39

3.4.3 Dias categorizados com aquecimento estratosférico

Após analisar os três meses de inverno da região polar ártica entre os anos de

dezembro de 2002 até fevereiro de 2014 construiu-se uma tabela demonstrativa dos dias

em que ocorreram ou não aquecimento estratosférico conforme os critérios de

categorização através da metodologia utilizada por Yamasaki (2013) (gradientes de

vento zonal e de temperatura estratosférica). Sendo a categorização dos dias de forma

crescente e sequencial dos respectivos meses. Com o intuito de melhor leitura e

caracterização dos dias os quais ocorrem SSW; a tabela foi disposta seguindo a ordem

cronológica de um calendário, sendo os meses de dezembro localizados na coluna 02, os

dias referentes a janeiro localizam-se na coluna 03 e os dias referentes a fevereiro

localizam-se na coluna 04.

Tabela 1- Tabela demonstrativa dos dias com SSW

MÊS DEZEMBRO JANEIRO FEVEREIRO

Sem SSW Detecção de um inverno com SSW Detecção de um inverno com SSW

ANO 2002 2003 2003

X X X X



ANO 2003 2004 2004

X X X X


Sem SSW Sem SSW Sem SSW

ANO 2004 2005 2005

X X X X


Sem SSW Detecção de um inverno com SSW Sem SSW

ANO 2005 2006 2006

X X X X



ANO 2006 2007 2007

X X X X


40

Sem SSW Sem SSW Detecção de um inverno com SSW

ANO 2007 2008 2008

X X X X



ANO 2008 2009 2009

X X X X



ANO 2009 2010 2010

X X X X



ANO 2010 2011 2011

X X X X



ANO 2011 2012 2012

X X X X


Sem SSW Detecção de um inverno com SSW Sem SSW

Ano 2012 2013 2013

X X X X



Ano 2013 2014 2014

41

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Nesse tópico são apresentadas as análises de amplitude e fase da maré lunar

semidiurna para a região compreendida entre 80 a 120 km de altitude. Portanto, as

amplitudes e fases da maré lunar atmosférica foram calculadas retirando os dias em que

ocorreu o Aquecimento Estratosférico Abrupto e logo após isso foram comparados com

os resultados obtidos da amplitude e fase das marés lunares descritas por Paulino

(2014), resultados esses que são bem completos, pois faz uso dos dias de um mês

completo.

Além disso, foi construída uma série de gráficos que representam o

comportamento do gradiente do vento e gradiente de temperatura para o período em

análise dessa pesquisa (dezembro de 2002 a fevereiro de 2014).

Os gráficos foram organizados de maneira sequencial para o período dos três

meses que ocorrem o inverno no hemisfério Norte, ou seja, Dezembro - Janeiro –

Fevereiro. Analisando os gráficos foram categorizados os dias que obedecem as

sentenças matemáticas para o vento (U60 - UC <-20 m/s) e para a temperatura (T90 -

T60> 10 K) propostas por Yamazaki (2013); segue a seguir o comportamento dos ventos

e temperaturas para os respectivos períodos:

4.1. Estrutura e comportamento dos ventos zonais e da temperatura estratosférica

Para compreensão do método adotado por Yamasaki (2013), apresentam-se através

dos gráficos a seguir, como exemplo de estudo, alguns resultados que representam o

comportamento da temperatura e ventos zonais característicos do período de inverno na região

polar ártica. Para os gráficos apresentados a seguir, adotou-se o seguinte procedimento: quando

se detecta o inicio de um pico de temperatura e vento (Figuras 11 e 12), caracterizando um

período de SSW, conta-se 20 dias que corresponde á quantidade de dias mais comum de

ocorrência dos SSW´s. Os meses de maior ocorrência dos SSW´s são janeiro e fevereiro.

Os resultados obtidos (da Figura 11 até Figura 16) mostram que de dezembro de 2002

até fevereiro de 2003 o período caracterizado pela ocorrência de SSW. Por outro lado, os

resultados obtidos no intervalo que compreende de dezembro de 2004 até fevereiro de 2005 (da

Figura 23 até a Figura 28) caracterizam o período como de não ocorrência de SSW.

42

GRADIENTE DO VENTO ZONAL


GRADIENTE DE TEMPERATURA 90° – 60°


Analisando, inicialmente, os gradientes de vento e de temperatura em dezembro de

2002, nota-se que a temperatura atingiu um dos critérios para que o caracterize como um SSW,

ou seja, o gradiente de temperatura, a partir do dia 30 de dezembro, ultrapassou o valor de 10k

característico de um SSW, por outro lado ao se comparar, para esse mesmo período, o gradiente

de vento, nota-se que o mesmo não acompanhou a mudança ocorrida no gradiente de

temperatura; logo dezembro de 2002 na região polar ártica não ocorreu um evento SSW.

Entretanto, em janeiro de 2003, diferentemente da análise feita para dezembro de 2002,

nota-se mudanças nos gradientes de temperatura e vento (Figuras 13 e 14) os quais obedecem

aos critérios que o caracterizam-no como um período com SSW. Ou seja, a partir do dia 16 de

43

janeiro até meados de 11 de fevereiro de 2003 percebe-se que os gradientes de temperatura e

vento mudaram simultaneamente obedecendo as duas condições.


Figura 13 – Vento Zonal Janeiro 2003.


Figura 14 –Temperatura Estratosférica Janeiro 2003.

44




Figura 16 – Temperatura Estratosférica Fevereiro 2003.

Para o período de dezembro de 2003, Os gradientes de vento e temperatura

mostraram mudanças simultâneas a partir do período em torno de 23 de dezembro

(Figuras 17 e 18), prolongando-se até meados de 15 de janeiro de 2004 (Figuras 19 e

20). Entretanto, fevereiro de 2004 não apresentou características de SSW (Figuras 21 e

22).

45




Figura 18 - Temperatura Estratosférica Dezembro 2003.

46




Figura 20 – Temperatura Estratosférica Janeiro 2004.

47




Figura 22 – Temperatura Estratosférica Fevereiro 2004.

Para demonstrar um período marcado pela não presença de SSW’s, nota-se os

meses de dezembro de 2004 até fevereiro de 2005 (Figuras de 23 a 28). O qual, os

gradientes de vento e temperatura não satisfizeram as condições para que caracterize um

SSW, ou seja, o gradiente de temperatura não ultrapassou os 10k simultaneamente as

mudanças do vento zonal.

48





49




Figura 26 – Temperatura Estratosférica Janeiro 2005.

50




Figura 28 – Temperatura Estratosférica Fevereiro de 2005

4.2. Variação Latitudinal e Temporal

Neste tópico serão apresentados alguns resultados da variação anual entre as

latitudes de – 40° e +40°, da amplitude e fase da maré semidiurna lunar na temperatura.

Esta análise baseia-se nos estudos da maré lunar utilizando dados de vento na região da

MLT (STENING et al., 2003; STENING; JACOBI, 2001; STENING et al., 1994).

Aplicando-se uma média zonal, a qual pode ser determinada aplicando a integral para

qualquer campo atmosférico em todas as longitudes para uma determinada faixa de

latitude e altitude. Para este cálculo foram utilizados os meses os quais são comumente

detectados os efeitos do Aquecimento Estratosférico Abrupto (dezembro, janeiro e

51

fevereiro) a fim de observar possíveis efeitos dos eventos de SSW´s sobre a maré

semidiurna lunar.

Para janeiro de 2003, na Figura 29, está sendo representada, através da escala de

cores, a intensidade da amplitude da maré semidiurna lunar. A amplitude esta sendo

representada em função de ambos, altitude (eixo vertical da figura) e longitudes (eixo

horizontal da figura). Em janeiro de 2003, identifica-se que a maré semidiurna lunar

sofreu uma amplificação intensa, na região de latitude que compreende entre 40°S e

20°S para 110 km de altitude, além de uma menor intensificação da temperatura na

região de latitude próximo de 20°N. Para este período, de analise da maré semidiurna

lunar, ocorreu o um evento de Aquecimento Estratosférico Abrupto. Observa-se que em

baixas latitudes a maré semidiurna lunar apresenta baixa intensidade e que vai se

intensificando a medida que aumenta a altitude atingido maiores intensidades nas

altitudes mais altas e, esses resultados, concordam com os resultados dos estudos de

Paulino (2013).


Em janeiro de 2003 a maré semidiurna lunar sofreu uma amplificação

significativa na temperatura, na região de latitude que compreende 40°s a 20°s para a

altitude de 110 km de altitude, além de uma menor intensificação da temperatura na

região de latitude ~20°n. Para este período de analise da maré semidiurna lunar ocorreu

o aquecimento estratosférico no período de inverno.

52


No período de janeiro de 2004, representado através da Figura 30, a maré

semidiurna lunar sofreu uma amplificação bastante intensa principalmente na região de

latitudes que compreendem 5°N até aproximadamente 30°N, observa-se um pico de

intensidade muito significativa acima dos 105 km de altitude, além disso, na região que

compreende 30° N até 45° N percebesse uma diminuição na atividade maré semidiurna

lunar; enquanto que na região de latitude 20°S a maré semidiurna lunar demonstrou-se

pouco intensa. Este período de análise é caracterizado pela ocorrência de um inverno

com SSW.

53


No período que corresponde janeiro a de 2005, Figura 31, destaca-se a

amplificação da maré semidiurna lunar em três regiões, ou seja, inicialmente no que

compreende a latitude de 30°N ocorre uma intensificação branda na altitude de 110km,

observas-se novamente nas latitude que compreendem 20°N a 40°N uma alta

intensificação da maré semidiurna atingindo uma variação de temperatura bastante

expressiva na altitude ~110km e, por fim, na latitude de 50°N destaca-se uma

significativa atividade da maré semidiurna principalmente na altitude ~105 km. Neste

período a região polar norte da atmosfera não apresentou um inverno SSW’s por não

atingir os critérios de temperatura e ventos zonais conforme estabelecidos pela

organização mundial de meteorologia (WMO – Wolrd Meteorological Organization)

além do critério utilizado por Yamazaki (2013).

54


Em janeiro de 2006, conforme mostrado através da Figura 32, a maré semidiurna

lunar apresentou um comportamento singular na amplificação da mesma. Em latitudes

próximas de 50°S até 45°N a maré apresentou uma resposta de amplificação na faixa

que compreende a altitude de 105 km até aproximadamente 110 km. O período de

janeiro de 2006 também é caracterizado por um SSW de bastante intensidade dentre os

já registrados na série histórica de registros a cerca dos invernos SSWs.

55


Ao analisar o comportamento da maré lunar semidiurna no período de janeiro de

2007, Figura 33, detecta-se que na latitude de 50°N a maré apresenta uma resposta de

amplificação, percebe-se também uma relativa intensificação no valor da temperatura na

faixa que compreende 10°S a 30°S para a altitude que vai desde 105 km até 110 km.

Além disso, a maré semidiurna lunar apresenta uma intensificação de forma mais

evidente na região de latitude de 10°N até 40°N. Neste período a região polar norte da

atmosfera não apresentou um inverno SSW, fenômeno também responsável pela

alteração da dinâmica do meio.


56

O período de janeiro de 2008, Figura 34, caracteriza-se pela amplificação da

maré semidiurna lunar em dois intervalos de latitude, uma região que apresenta uma

intensa amplificação, compreendendo a latitude de 20°s até 35°n. E numa outra região

de latitude que vai desde 20°S até 45°S. Há uma semelhança entre as duas faixas da

amplificação da maré, na qual ambas aconteceram em altitudes equivalentes. Esse

período de inverno é caracterizado por um intenso SSW.


No período de janeiro de 2009, Figura 35, a amplificação da maré semidiurna

lunar destacou-se principalmente nas latitudes que compreendem o intervalo de 45°S a

45°N, obtendo índices bastante elevados, além disso, os valores de temperatura mais

altos nas regiões de latitude compreendendo ~30°S e ~20°N a 40°N . O fenômeno do

aquecimento estratosférico, nesse período, caracterizou-se como um evento que

obedeceu as duas magnitudes de classificação.

57


No período de janeiro de 2010, Figura 36, destaca-se a amplificação da maré

semidiuna lunar principalmente nas áreas delimitadas em 30°S e na região de 30°N.

Nestes picos de temperatura destacam-se também uma aparente semelhança entre duas

áreas distintas de latitude envolvendo a intensidade da maré. Por fim, este período é

também marcado pela ocorrência do inverno com SSW.


58

Analisando o período de janeiro de 2011, Figura 37, observa-se uma forte

intensificação da temperatura durante a ocorrência da maré semidiurna lunar numa

considerável área de latitude, tendo seus picos na região de 30°S e 30°N na altitude de

~105 km. Diferentemente de outros períodos de estudo, não houve atividades

significativas para categorizá-lo como inverno com SSW.


Ao analisar o período de janeiro de 2012, Figura 38, percebe-se que a

amplificação da maré lunar semidiurna foi significativa principalmente para latitudes de

40°S à 0° ,para uma atitude variando de 105 km a110 km, além da latitude de 20°N para

a altitude de 110°. Este período do inverno foi marcado pela ação do SSW.


59

O período caracterizado por janeiro de 2013, Figura 39, pode-se destacar a

amplificação da maré semidiurna lunar numa área continua que contínua na estratosfera,

compreendendo as latitudes de 40°S até 40°N, atingindo uma variação de temperatura

bastante expressiva na altitude ~110km e por fim, na latitude de ~45°s destaca-se leve

intensificação na altitude que compreende ~105 km de altitude. Neste período a região

polar norte da atmosfera apresentou um inverno SSW.


Observando o período de janeiro de 2014, Figura 40, percebe-se que a

amplificação da maré semidiurna lunar ocorreu em duas áreas quase que distintas, ou

seja, uma compreendendo as latitudes de 5°S a 40°S para uma altitude variando de 105

km a110 km. A área da outra intensificação da maré semidiurna demonstrou-se mais

discreta, posicionada na latitude de 20°N para a altitude de 110 km. Não houve

atividades significativas para categorizá-lo como inverno com SSW.

Após se obter as representações gráficas das amplitudes médias zonais das marés

semidiurnas lunares do período de janeiro de 2003 a janeiro de 2014, comparou-se esses

resultados com aqueles obtidos no trabalho de Paulino (2013) e mostrados na Figura 41.

60

Figura 41 – Amplitude média zonal da maré semidiurna lunar para o mês de janeiro para

diferentes anos (2003-2012).

Fonte: Adaptado de Paulino 2013

61

Os resultados obtidos por Paulino (2013), na Figura 41, apresenta um

comportamento que indicam que a amplitude da maré semidiurna aumenta desde baixas

altitudes e atingindo valores elevados em altitudes a partir de aproximadamente 100 km.

Esse tipo de comportamento também foi observado nos resultados obtidos no presente

trabalho. Estabelecendo uma comparação entre os resultados obtidos neste trabalho com

os resultados do trabalho de Paulino (2013) percebem-se algumas mudanças quanto ao

comportamento da maré semidiurna lunar quando considerando os dias que ocorreram

aquecimentos estratosféricos para o cálculo da amplitude média da maré.

Os dados utilizados por Paulino (2013) contém as informações dos anos que

aconteceram SSW´s, entretanto, nesse trabalho, para os anos em que ocorreram SSW´s,

utilizou-se os critérios de Yamazaki (2013) e os períodos de ocorrência de SSW´s foram

retirados dos dados. Desta forma, busca-se observar quais mudanças ocorrem, na

amplitude da maré semidiurna, devido aos efeitos provocados pela existência de SSW´s.

Muito embora haja semelhança entre as figuras, os quais dois picos de

amplitude localizados entre a faixa que compreende 20° do hemisfério Norte até 20° do

hemisfério Sul são perceptíveis.

Comparando os resultados para janeiro de 2003 (Figura 29 e a Figura 41

esquerda no topo), observa-se a que amplitude da maré semidiurna lunar, retirando os

dias que ocorreram o aquecimento estratosférico, é mais intensa numa área maior (na

latitude de 30°S, com altitude de 105 km até 110 km) que a aquela intensificação da

maré semidiurna lunar com a ocorrência de SSW. Isto pode indicar que algum efeito do

SSW influencia a amplitude da maré semidiurna lunar também.

Analisando a figuras 30 e a figura 41 do período de 2004, percebem-se

semelhanças entre as mesmas, os quais a intensificação da maré semidiurna lunar ocorre

principalmente no hemisfério Norte para a altitude de 110 km e latitude de 20°N. O

resultado obtido com este trabalho demonstrou-se semelhante aos resultados obtidos por

Paulino (2013) o qual também apresentou amplificação da maré no hemisfério Norte.

No caso dos resultados para janeiro de 2005, mostrado através da Figura 31, o

pico de amplificação da maré lunar semidiurna foi registrado principalmente no

hemisfério Sul a partir de 110 km de altitude. Comparando com o resultado obtido por

Paulino (2013), a principal intensificação da temperatura também ocorreu a 110 km de

altitude no hemisfério sul na latitude que compreende 30°S.

Os resultados para o período de janeiro de 2006 apresentam mudanças

significativas, tendo a figura 32 uma pequena região de intensificação a 110 km de

62

altitude para a latitude de 20°S em comparação à figura 41. Neste caso em específico

houve uma diminuição da temperatura e consequentemente queda na amplitude da maré

semidiurna lunar quando comparado com os resultados de Paulino (2013) para este

mesmo período, o qual demonstrou amplificação ao longo da latitude de 20°N na

altitude de 105 km.

Observando os resultados para janeiro de 2007, notam-se semelhanças entre os

as duas pesquisas. Os resultados, apresentados através da Figura 33, mostram

intensificação na temperatura semelhantemente ao resultado obtido por Paulino (2013),

em ambos os casos a amplificação ocorre principalmente na região de latitude 20°N.

Comparando os resultados de janeiro de 2008 (figura 34 e figura 42), percebe-se

na figura 34 que ao calcular a amplitude da maré semidiurna lunar retirando os dias que

ocorreram o aquecimento estratosférico, a área de maior amplificação localiza-se na

altitude de 110 km no hemisfério norte na latitude de 20°N atingindo variações na

temperatura de até 10 k, diferentemente do resultado obtido por Paulino (2013), o qual a

temperatura medida obteve variação de até 8 k em ambos os hemisférios.

Analisando as Figuras 35 e 41 do período de 2009, percebem-se semelhanças

entre as mesmas quanto ao comportamento da maré, tendo alcançado em ambas os

resultados a maior intensidade na altitude de 110 km e nas latitudes que compreendem

20°S a 20°N. Contudo, na figura 35, nota-se uma faixa de amplificação mais abrangente

(atingindo a latitude de 40°N) quando comparado com o resultado obtido por Paulino

(2013).

Ao analisar os resultados mostrados Na Figura 36, para janeiro de 2010,

percebe-se uma intensificação da maré semidiurna lunar nos hemisférios Norte e Sul,

diferentemente do resultado previsto por Paulino (2013), o qual apenas o hemisfério

Norte (20°N) apresentou intensificação na atmosfera.

Semelhante ao caso anterior, no período de janeiro de 2011, já mostrados, os

resultados mostrados através das Figuras 37 e 41 diferem-se uma da outra. Na Figura

37, os resultados indicam uma significativa intensificação da amplitude da maré

semidiurna para a altitudes de 105 km a 110 km nas latitudes de 30°S e 30°N, por outro

lado na Figura 42 observa-se apenas duas áreas discretas nos hemisférios Norte (30°N)

e Sul (20°S) na altitude de 110 km.

De acordo com as Figuras 38 e 41 do período de 2012, percebem-se diferenças

entre as mesmas quanto à amplificação da maré na atmosfera que, através da Figura 38,

observa-se a temperatura intensificada em até 10k apenas no hemisfério Sul,

63

compreendendo as latitudes de 10° até 40°S. Este resultado mostrou que houve

distinções dos resultados obtidos por Paulino (2013), que observou uma intensificação

menor da temperatura atmosférica nos hemisférios Norte (20° até 40°N) e Sul (10°S).

4.4 Variação longitudinal

Neste tópico apresentam-se as estruturas longitudinais na amplitude média nos

meses de janeiro em anos diferentes (2003 até 2014), quando se observa a maré

semidiurna lunar no campo de temperatura sem a presença do aquecimento

estratosférico abrupto (presente trabalho) com o trabalho de Paulino (2013) o qual leva

em consideração os dados com SSW, ambos obtidos pelo satélite TIMED/SABER. As

figuras a seguir representam a seguinte configuração: no eixo horizontal têm-se as

longitudes entre 180° W e 180° E; no eixo vertical, têm-se as latitudes entre 50°S e 50°

N. As barras de cores representam a intensidade da amplitude. Portanto, nesta seção,

objetiva-se explorar as variações longitudinais presentes na amplitude da maré, as

figuras foram construídas com barras de cores individuais para cada mês, com o intuito

de enfatizar as estruturas e não somente comparar as magnitudes. Cada painel de cada

figura apresenta o comportamento médio de janeiro para cada ano da maré lunar obtido

através da média vetorial aplicada sobre todo o período estudado, as figuras foram

construídas com barras de cores individuais para cada período, o qual possibilita

analisar as estruturas e não somente comparar as magnitudes (Paulino 2013).

Vale ressaltar que a magnitude das amplitudes já foi discutida nos tópicos

anteriores. Cada painel de cada figura apresenta o comportamento médio mensal da

maré lunar obtido através da média vetorial aplicada sobre todo o período estudado,

portanto, um mês específico é composto pela média de todos os meses correspondentes

ao período abordado neste estudo.

É notável a presença de 2 ou 3 estruturas características de concentrações

intensas na temperatura no período de janeiro de 2003, principalmente no hemisfério

Norte, diferentemente de janeiro de 2004 o qual há uma notável diminuição da

amplificação vista no globo havendo uma concentração nítida em 1 ou dois pontos no

hemisfério norte, o que se refere a intensificação da maré semidiurna lunar.

Já em janeiro de 2005 é notável a visualização de 3 ou 4 estruturas concentradas

principalmente no hemisfério Sul. Em janeiro de 2006 há uma presença significativa da

amplificação próxima da região polar Sul e pelo menos 2 ou 3 estruturas definidas e

64

distribuídas no hemisfério Norte. Para o período de janeiro de 2007 há presença 3 ou 4

estruturas dispersas no hemisfério Norte, conforme observa Paulino (2013).

No período de janeiro de 2008 é percebida a presença de duas estruturas, uma

principalmente na região do equador e outra pequena estrutura localizada no hemisfério

Sul. Analisando o período de janeiro de 2009 é percebida principalmente no sul da

Europa e norte da África uma alta intensificação da maré lunar, ocorrendo também duas

áreas de intensificação próximo da costa leste da África e costa nordestina brasileira,

conforme discutido por Paulino (2013).

O período de janeiro de 2010 é marcado pela alta amplificação da maré lunar,

sendo 4 ou 5 estruturas detectáveis. Em janeiro de 2011 percebe-se 4 ou 5 estruturas

distribuídas nos hemisférios Norte e Sul. No período de janeiro de 2012 em comparação

cm outro período nota-se uma diminuição da amplificação da maré semidiurna, havendo

2 ou 3 estruturas nítidas de tamanhos inferiores as de janeiro de 2011. No período de

janeiro de 2013 destacam-se as pequenas manchas distribuídas nos dois hemisférios. E,

por fim, o período de janeiro de 2014 o qual demonstrou pouquíssimas estruturas, sendo

1 ou 2 estruturas visualizadas com pequeno diâmetro, conforme apontado por Paulino

(2013).

65

Figura 42- Variação da amplitude média no período de janeiro em anos diferentes (2003 a 2014)

da maré semidiurna lunar na temperatura com a longitude, latitude e para a altitude de 90 km.

Tomando-se como base os resultados obtidos por Paulino (2013) em sua

pesquisa, faz-se aqui uma análise comparativa entre aqueles resultados e os obtidos

66

nesse trabalho. Assim como a Figura 42, a Figura 43 apresenta a variação da amplitude

com a altitude de 90 até 105 km da maré lunar obtidas no mês de janeiro em anos

diferentes (2003 até 2014), apresentam a seguinte configuração: no eixo horizontal têm-

se as longitudes entre 180° W e 180° E; no eixo vertical, tem-se as latitudes entre 50° S

e 50° N. Sendo que as barras de cores representam a intensidade da amplitude.

Nota-se a presença de 4 ou 5 estruturas características de intensificação na

temperatura atmosférica no período de janeiro de 2003 distribuído entre os dois

hemisfério; contrastando com o período de janeiro de 2004 ou seja, há uma considerável

diminuição da amplificação vista no globo havendo uma concentração nítida em 1 ou

dois pontos característicos de intensificação da temperatura atmosférica no hemisfério

Norte, logo o período de janeiro de 2003 em relação à 2004, detectou-se mais atividades

relacionadas a amplificação da maré semidiurna lunar.

Já em janeiro de 2005 é notável a visualização de 2 ou 3 estruturas concentradas

principalmente no hemisfério sul porém com baixa intensidade.. Em janeiro de 2006

percebe-se a amplificação no hemisfério norte pelo menos 2 ou 3 estruturas

distribuídas, mas de intensidade não tão expressiva.

Para o período de janeiro de 2007 há presença 1 ou 2 estruturas dispersas no

hemisfério note.

No período de janeiro de 2008 é percebido a presença de 4 ou 5 estruturas

localizadas nos hemisférios norte e sul. Analisando o período de janeiro de 2009 é

detectada uma intensificação discreta e localizada em apenas um ponto do hemisfério

norte.

O período de janeiro de 2010 é marcado pela alta amplificação da mãe lunar,

sendo 4 ou 5 estruturas detectáveis. Em janeiro de 2011 percebe-se 4 ou 5 estruturas

distribuídas nos hemisférios norte e sul de forma significativa.

No período de janeiro de 2012 há uma redução em comparação ao mesmo

período de 2011. No período de janeiro de 2013, destacam-se estruturas distribuídas nos

dois hemisférios. E por fim o período de janeiro de 2014 o qual demonstrou estruturas,

sendo 2 ou 3 estruturas visualizadas.

67

Figura 43 - Variação da amplitude média no período de janeiro em anos diferentes (2003 a

2014) da maré semidiurna lunar na temperatura com a longitude, latitude e para a altitude de

105 km.

68

5. CONCLUSÕES

Utilizando dados de temperatura obtidos da região MLT por meio do Satélite

TIMED/ SABER com o intuito de analisar a estrutura global da maré semidiurna lunar

atmosférica durante o período de inverno no hemisfério norte (dezembro de 2002 a

fevereiro de 2014), o qual foi possível estudar o comportamento da amplitude da maré

lunar atmosférica semidiurna entre 90 e 110 km de altitude durante períodos de

ocorrência e de não ocorrência do fenômeno do Aquecimento Estratosférico Abrupto

(SSW). Para essa análise tomou-se como referencia os resultados obtidos através do

estudo desenvolvido por Paulino (2013) e os critérios estabelecidos por Yamazaki

(2013) para caracterizar períodos com SSW´s.

Com esse estudo verificou-se que as amplitude e fases da maré lunar semidiurna

para essas localidades mostraram características particulares como segue:

No caso do máximo que ocorre no período de janeiro para os anos 2003 até 2014,

percebe-se uma assimetria latitudinal, visto que na altitude de 90 km é possível observar

amplitudes mais elevadas no hemisfério norte em maior quantidade que o hemisfério

sul. Para os mesmos períodos, na altitude de 105 km, o pico ocorre em ambos os

hemisférios, com as amplitudes dispersas nos dois hemisférios. De acordo com Paulino

(2013) as assimetrias visualizadas nas figuras 42 e 43 estão ligadas ao modo (2,3) o qual

maximiza em aproximadamente 25° de latitude, com um hemisfério estando fora de fase

em relação ao outro e nas mesmas latitudes o modo (2,2) é aproximadamente 70% do

seu valor máximo no equador e está em fase entre os hemisférios.

Portanto, o máximo nas amplitudes da maré semidiurna lunar na temperatura do

SABER em 90 km e 105 km nos meses janeiro podem ser obtidos combinando os

modos (2,2) e (2,3) facilitando o entendimento da origem das estruturas observadas nas

latitudes e longitudes nesses períodos de estudo.

Para alguns em que foram feitas as análises comparativas das amplitudes da maré

lunar considerando o efeito produzido na atmosfera pelo aquecimento estratosférico

simultaneamente tais como, janeiro de 2003, janeiro 2004, janeiro 2005, janeiro 2007,

janeiro 2009, não demonstraram fortes mudanças na amplitude da maré semidiurna, ou

seja, não há indícios de que o SSW tenha contribuído para mudanças na temperatura

atmosférica.

69

Para os demais períodos em que foram feitas este mesmo tipo de análise, os

resultados demonstraram-se significativos. Em janeiro de 2006 houve uma diminuição

da intensificação da maré semidiurna lunar quando retirados os dias que ocorreram o


Em janeiro de 2008 ao fazer análise computacional retirando os dias em que

ocorrem aquecimento estratosférico em comparação com a análise de Paulino (2013),

ou seja, análise contabilizando todos os dias do mês sem excluir os dias com SSW,

percebe- se que houve um aumento significativo da intensificação da maré semidiurna

lunar ao contrário do resultado exposto por Paulino (2013).

Fazendo a análise computacional excluindo os dias do mês de janeiro de 2010 em

que aconteceu aquecimento estratosférico e comparando os resultados propostos por

Paulino (2013), percebe- se que houve um aumento significativo da intensificação da

maré semidiurna lunar principalmente no hemisfério sul ao contrário do resultado

exposto por Paulino (2013) o qual apenas no hemisfério norte evidenciava a

intensificação da maré semidiurna lunar.

Para o período de janeiro de 2011 após a análise computacional, verificou-se que

maré semidiurna intensificou nos dois hemisférios quando comparado com o resultado

proposto por Paulino. O aquecimento estratosférico corroborou para o aumento da

temperatura atmosférica.

Em janeiro de 2012 percebe-se que há um deslocamento da estrutura que representa

a amplificação da maré lunar quando retirado os dias que houve aquecimento

estratosférico, o qual a área de maior variação de temperatura atinge desde o hemisfério

norte até altas latitudes do hemisfério sul. Isto difere do resultado proposto por Paulino

(2013), o qual a estrutura que representa a amplificação da maré lunar atinge desde o

hemisfério norte até latitudes menores do hemisfério sul.

70

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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