PARTE 5O PAPEL DA ÁGUA NA ATMOSFERA

1. CONTEÚDO DE VAPOR DE ÁGUA: Definição

2. MÉTODOS DE MEDIÇÃO

3.ORVALHO, GEADA E NEVOEIROS

4. NUVENS

5. ESTABILIDADE E DESENVOLVIMENTO DE NUVENS

6. PRECIPITAÇÃO E CICLO HIDROLÓGICO

O VAPOR DE ÁGUA NA ATMOSFERA

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

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

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

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

pressão de vapor de saturação:

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

2.Umidade Absoluta (rv)

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

3. Razão de mistura (r)

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

r=mv/md

Também é proporcional à pressão de vapor.

4. Razão de mistura de saturação (rs)

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

Todas em g por kg de ar

4. Umidade específica (q)

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

Variação entre Pólo e Equador

5. Umidade Relativa (UR)

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

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

Dada em %.

Variação latitudinal da UR:

É função de p, T e r

6. Ponto de orvalho (Td)

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

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

7. Temperatura virtual (Tv)

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

Tv= T(1+re)

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

Tópicos extras

Umidade do Ar em Ambientes internos

Umidade relativa e conforto térmico

Ideal 40-70%

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

MÉTODOS DE MEDIÇÃO

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

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

°C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 88 77 66 55 44 34 24 15 6  

11 89 78 67 56 46 36 27 18 9  

12 89 78 68 58 48 39 29 21 12  

13 89 79 69 59 50 41 32 22 15 7

14 90 79 70 60 51 42 34 25 18 10

15 90 81 71 61 53 44 36 27 20 13

16 90 81 71 63 54 46 38 30 23 15

17 90 81 72 64 55 47 40 32 25 18

18 91 82 73 65 57 49 41 34 27 20

19 91 82 74 65 58 50 43 36 29 22

20 91 83 74 67 59 53 46 39 32 26

21 91 83 75 67 60 53 46 39 32 26

22 91 83 76 68 61 54 47 40 34 28

23 92 84 76 69 62 55 48 42 36 30

24 92 84 77 69 62 56 49 43 37 31

25 92 84 77 70 63 57 50 44 39 33

Dry Bulb        Dry Bulb Minus Wet Bulb (degrees celsius)

TE

MP.

DO

BU

LBO

SE

CO

DIFERENÇA ENTRE SECO-ÚMIDO

HIGRÔMETRO

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

Há também Higrômetro do ponto de orvalho.

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

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

Pluviômetros. Estes servem para medir a precipitação acumulada.

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

ORVALHO, GEADA E NEVOEIROS

ORVALHO & GEADA

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

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

Geada branca versus geada negra.

Núcleos de Condensação (CCN)

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

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

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

Os CCN podem ser distribuídos por tamanho de acordo

PG > 2 mmPF < 2 mm

PI: partícula inalável : < 10 mm

Núcleos de gelo (IN)

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

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

Tamanho das gotículas

Núcleos : até 30 mm

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

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

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

=) e nitratos (NO3

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

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

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

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

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

Extremos de nevoeiro:Famoso caso de 1953 em Londres.

FORMAÇÃO DAS NEVOEIROS E NUVENS

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

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

Evaporation fog e caribou fog.

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

Nuvens/Volken/Clouds/Nuages

Sem estas, o ciclo da água estaria comprometido.

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

Classificação

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

Nimbustratus NsCumulonimbus Cb

1887 Abercrombie & Hildebrandsson

Tropicais/temperadas e polares: Alta, médias e baixas

Desenvolvimento das nuvens

Aquecimento superficial e as forçantes

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

Precipitação

Crescimento por condensação: até gotas de 70 mm.

Para crescer até gotas precipitantes: colisão-coalescência.

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

Riming /acreção versus agregação (floco)

Acreção=graupel e granizosAgregação= flocos de neve

Cloud seeding

Chuvas de cores diferentesChuvas ácidas: < pH 5.5

Formas dos cristais de gelo: plates, dendritos e colunas

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

Blizzard

Chuva congelante (ice storm)

ESTABILIDADE ATMOSFERICA

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

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

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

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

DETERMINANDO A ESTABILIDADE

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