PARTE 5 O PAPEL DA GUA NA ATMOSFERA

PARTE 5 O PAPEL DA ÁGUA NA ATMOSFERA

1. CONTEÚDO DE VAPOR DE ÁGUA: Definição 2. MÉTODOS DE MEDIÇÃO 3. ORVALHO, GEADA E NEVOEIROS 4. NUVENS 5. ESTABILIDADE E DESENVOLVIMENTO DE NUVENS 6. PRECIPITAÇÃO E CICLO HIDROLÓGICO

O VAPOR DE ÁGUA NA ATMOSFERA Para medirmos o vapor, há um enorme conjunto de variáveis, sendo a pressão de vapor, a mais relevante do ponto de vista termodinâmico. 1. A pressão de vapor e Esta variável representa a pressão exercida pelo vapor de água qdo só há este gás. Entretanto, este gás se comporta como gás ideal, nas condições normais de pressão e temperatura. A quantidade deste gás não excede os 4% do total de gases. Após este valor ocorre a saturação.

Neste ponto, ocorre o processo de condensação, com a mudança de fase para o estado líquido. A pressão d e vapor de saturação (es) é limitada pela pressão de vapor de saturação: des/dt=L/ T(a 1 -a 2) na Equação de Clausius-Clapeyron 2. Umidade Absoluta (rv) É a densidade do vapor de água em g por metro cúbico de ar.

r 3. Razão de mistura ( ) É a razão entre a massa de vapor presente e a massa de ar seco que a contém r=mv/md Também pode ser proporcional à pressão de vapor. 4. Razão de mistura de saturação (rs) O mesmo que acima, mas em relação à saturação: rs=~es/p Todas em g por kg de ar

q 4. Umidade específica ( ) É definida como a razão entre as massas de vapor e a massa total(ar seco + vapor) Variação entre Polo e Equador 5. Umidade Relativa (UR) Esta variável é a + famosa. Refere-se a razão entre a pressão de vapor presente e a pressão de vapor de saturação, a uma dada pressão atmosférica e temperatura: UR= e/es ou : Dada em %. UR =r/rs

Variação latitudinal da UR: É função de p, T e r 6. Ponto de orvalho (Td) É definido como a temperatura na qual o ar úmido deve ser resfriado para se tornar saturado com r e p constantes. Qdo a temperatura atinge o pto. de orvalho, ocorre a condensação. Este pto. se atinge de 2 formas: 1 - resfriamento radiativo e 2 - ascensão adiabática Ou ainda por modificação de r.

7. Temperatura virtual (Tv) é a temperatura que o ar úmido teria se tivesse a densidade do ar seco, a mesma pressão. O problema é a cte. dos gases para o ar úmido (Rv) sempre variável. Tv= T(1+re) Sendo o ar úmido menos denso, segue que Tv será um pouco maior que T. Exemplo. Tópicos extras Umidade do Ar em Ambientes internos Umidade relativa e conforto térmico Ideal 40 -70%

Variação vertical, latitudinal e diária da UR Comparação entre Lima e Salvador E entre NY e Londres MÉTODOS DE MEDIÇÃO PSICRÔMETRO: São 2 termômetros juntos, um deles mergulhado em uma gaze molhada e o outro seco. São chamados de termômetros de bulbo úmido e seco. O bulbo úmido é posto a se esfriar por evaporação. E a diferença dos 2 termômetros é tabelada como mostra a figura.

Dry Bulb Minus Wet Bulb (degrees celsius) DIFERENÇA ENTRE SECO-ÚMIDO TEMP. DO BULBO SECO Dry Bulb °C 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 1 88 89 89 89 90 90 91 91 91 92 92 92 2 77 78 78 79 79 81 81 81 82 82 83 83 83 84 84 84 3 66 67 68 69 70 71 71 72 73 74 74 75 76 76 77 77 4 55 56 58 59 60 61 63 64 65 65 67 67 68 69 69 70 5 44 46 48 50 51 53 54 55 57 58 59 60 61 62 62 63 6 34 36 39 41 42 44 46 47 49 50 53 53 54 55 56 57 7 24 27 29 32 34 36 38 40 41 43 46 46 47 48 49 50 8 15 18 21 22 25 27 30 32 34 36 39 39 40 42 43 44 9 6 9 12 15 18 20 23 25 27 29 32 32 34 36 37 39 10 7 10 13 15 18 20 22 26 26 28 30 31 33

HIGRÔMETRO Este é o aparelho mais utilizado para se medir UR. È feito normal/e de cabelo humano, que se expande cerca de 2. 5% quando úmido. Há também Higrômetro do ponto de orvalho.

Higrômetro elétrico consiste em um prato chato coberto de 1 filme de carbono. Uma corrente elétrica cruza o prato. Quando o vapor de água é absorvido, a resistência elétrica muda e este valor é convertido em pto. de orvalho ou UR. Este é o instrumento utilizado nas radiossondas. Pluviômetros. Estes servem para medir a precipitação acumulada. Disdrômetros: servem para medir o espectro de gotas de chuva, em diferentes classes, assim como a taxa de precipitação.

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

Quando há nuvens, estas bloqueiam a perda de IV e a formação de ambos é retardada ou cancelada. Orvalho e geadas estão associados com as Altas Pressões: anticiclones. Geada branca vs geada negra. Núcleos de Condensação (CCN) Os aerossóis podem servir de núcleos de condensação onde ocorre a mudança de fase do vapor para o líquido. Na atmosfera, esta mudança pode se dar ao nível do solo, na formação de nevoeiros, por ex. , ou no nível de condensação por levantamento (NCL).

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

PG > 2 mm PF < 2 mm

PI: partícula inalável : < 10 mm Núcleos de gelo (IN) Silicatos, calcita, iodeto de prata (Ag. I) entre inorgânicos Bactérias, pólen e esporos de fungos e VOCs entre microbiota e orgânicos. Nucleação homogênea vs heterogênea Sem CCN: não haveria nuvens Sem IN: há gelo abaixo de -40 o. C.

Tamanho das gotículas Núcleos : até 30 mm Gotícula de nuvem: 20 -70 mm (nevoeiro até 30 mm) Gota de chuva : 300 a 6000 mm Granizo: até 15 cm

Névoa seca: a névoa seca é definida qdo a UR está abaixo de 100%, podendo atingir valores de 70%. CCN como sal marinho (Na. Cl), sulfatos (SO 4=) e nitratos (NO 3 -) são muito higroscópicos, absorvem vapor até se tornarem “visíveis”. Névoa úmida: formação sobre superfícies úmidas com UR igual a 100%. Nevoeiro ou neblina: pode ser uma nevoa úmida mais profunda e larga. Um gde no. de CCN próximos à superfície na presença de UR =100% pode formar nevoeiros.

Qdo a visibilidade fica abaixo de 1 km pode-se considerar a formação de nevoeiro. Se ficar abaixo de 30 m é considerado extra/e perigoso para o tráfego de carros. Há diferenças (como nas nuvens) de nevoeiros próximos a oceanos e continentais/urbanos. Maiores núcleos, gotículas maiores e em menor quantidade, no primeiro caso. Extremos de nevoeiro: Famoso caso de 1953 em Londres.

FORMAÇÃO DAS NEVOEIROS E NUVENS Os nevoeiros e nuvens se formam por resfriamento no solo e por ascensão adiabática, respectiva/e. Ou por evaporação e mistura até a saturação. Nevoeiro e nuvem orográfica Locais de formação de nevoeiros: Costa do Pacifico da Am. Norte e Sul, Newfoundland, Corrente de Benguela, Africa do Sul. Evaporation fog e caribou fog.

Dispersão de nevoeiros: 1 - aumento do tamanho das goticulas 2 -em nev. Frios acrescentar CO 2 3 -aquecer o ar 4 -misturar com ar acima Nuvens/Volken/Clouds/Nuages Sem estas, o ciclo da água estaria comprometido. Sem elas, não haveria tbm halos, relampagos , arco-iris. . .

Classificação 1802 Lamarck 1803 Luke Howard criou os termos stratus, cumulus e cirrus, designando, camada, acúmulo, ganchos. E por fim nimbus, relativo a chuva violenta Nimbustratus Ns Cumulonimbus Cb 1887 Abercrombie & Hildebrandsson Tropicais/temperadas e polares: Alta, médias e baixas

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

Precipitação Crescimento por condensação: até gotas de 70 mm. Para crescer até gotas precipitantes: colisão-coalescência. Chuva estratiforme vs convectiva E/ou da fase gelo. Equações de crescimento Riming /acreção vs agregação (floco) Acreção=graupel e granizos Agregação= flocos de neve Cloud seeding

Chuvas de cores diferentes Chuvas ácidas: < p. H 5. 5 Formas dos cristais de gelo: plates, dendritos e colunas 20 cm de neve equivale a 2 cm de chuva= 20 mm = 20 l/m 2 Blizzard Chuva congelante (ice storm)

ESTABILIDADE ATMOSFERICA Atmosfera estável: o ar + denso fica em baixo do – menos. Instável: o ar + denso (+frio e seco) está acima do menos denso, qualquer forçante pode mudar este estado. Parcela de ar: “bolha” de ar com caract. homogeneas onde o ar ascende ou descende de acordo c/ sua densidade e forçantes externas (frentes, brisas etc), e c/ caract. particulares: subidas/descidas adiabáticas, permanece como uma unidade e se ajusta automaticamente à pressão externa

TVVT=lapse rate para parcelas não saturadas é de 10 o. C/km Ao atingir o pto. de orvalho, a parcela atinge o Nível de Condensação por Levantamento (NCL) e passa a se esfriar no processo adiabático saturado, i. e. , com liberação de calor latente, podendo variar de 2 a 4 o. C/km, de acordo com o conteúdo líquido. DETERMINANDO A ESTABILIDADE A estabilidade é determinada, comparando-se as parcelas nas redondezas. Se ascender e ficar + densa que o meio, ela desce, retornando ao nível original: situação estável

Condição estável, neutra e instável. Ar absolutamente instável: 11 o. C/km, só ocorre qdo. Próximo (muito) à superfície.