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RICARDO DE CAMARGODepartamento de Ciências Atmosféricas - IAG/USP
Meteorologia – Visão geralEstrutura da atmosfera
Procedimentos operacionais
Meteorologia – Visão geralRelevância para a sociedadeNoções básicas
Estrutura da atmosferaPadrões típicos de superfície e
altitudeEvolução da Meteorologia
Procedimento operacionalMeteorologia SinóticaDados observadosPrevisão numérica do tempo
Relevância para a sociedade
• Agricultura• Setor energético • Transportes• Abastecimento• Poluição atmosférica• Processos erosionais • Lazer
Relevância para a sociedade
• Agricultura plantio, colheita, alternância de culturas
granizo, geadas, queimadas
• Setor energético • Transportes• Abastecimento• Poluição atmosférica• Processos erosionais • Lazer
Relevância para a sociedade
• Agricultura• Setor energético geração: suprimento para reservatórios
transmissão e distribuição
• Transportes• Abastecimento• Poluição atmosférica• Processos erosionais • Lazer
Relevância para a sociedade
• Agricultura• Setor energético • Transportes rodovias, portos e aeroportos: visibilidade,
condições de operação/acesso distribuição de perecíveis
• Abastecimento• Poluição atmosférica• Processos erosionais • Lazer
Relevância para a sociedade
• Agricultura• Setor energético • Transportes • Abastecimento chuva em mananciais
manutenção de dutos enchentes
• Poluição atmosférica• Processos erosionais • Lazer
Relevância para a sociedade
• Agricultura• Setor energético • Transportes • Abastecimento• Poluição atmosférica dispersão e transporte de poluentes
chuva ácida
• Processos erosionais • Lazer
Relevância para a sociedade
• Agricultura• Setor energético • Transportes • Abastecimento• Poluição atmosférica• Processos erosionais vento e chuva
regiões costeiras e interiores
• Lazer
Relevância para a sociedade
• Agricultura• Setor energético • Transportes • Abastecimento• Poluição atmosférica• Processos erosionais • Lazer esportes náuticos e aéreos
Noções básicas
• O quê é a atmosfera e por quê ela é importante?
• Características gerais e circulação em larga escala
• Variáveis atmosféricas de maior interesse
Noções básicas
• O quê é a atmosfera e por quê ela é importante?
a Terra é rodeada por uma atmosfera em movimento constante, com cerca de 800km de espessura, que a protege da radiação solar e comporta todas as formas de vida
Noções básicas
• O quê é a atmosfera e por quê ela é importante?
feita de ar composto pela mistura de oxigênio (21%), nitrogênio (78%), dióxido de carbono (0.037%) e outros gases como hidrogênio, hélio, argônio, neônio, criptônio, xenônio e ozônio, além do vapor d’água
Noções básicas
• O quê é a atmosfera e por quê ela é importante?
cerca de 95% do peso da atmosfera fica nos primeiros 15-20 km acima da superfície
Noções básicas
• O quê é a atmosfera e por quê ela é importante?
cerca de 95% do peso da atmosfera fica nos primeiros 15-20 km acima da superfície
considerando a dimensão horizontal (40000 km de circunferência da Terra), é apenas uma “lâmina” de ar que mantém toda a vida do planeta
Noções básicas
• Características gerais e circulação atmosférica em larga escala
estrutura regida pelo aquecimento diferencial entre a região equatorial e os pólos
Noções básicas
• Características gerais e circulação atmosférica em larga escala
estrutura regida pelo aquecimento diferencial entre a região equatorial e os pólos
incidência perpendicular versus incidência inclinada de radiação solar
Noções básicas
• Existe equilíbrio energético em larga escala
Noções básicas
• Existe equilíbrio energético em larga escala
não há aumento contínuo de temperatura na região equatorial e nem diminuição contínua nos pólos
Noções básicas
• Existe equilíbrio energético em larga escala
não há aumento contínuo de temperatura na região equatorial e nem diminuição contínua nos pólos
ou seja, globalmente a energia que “entra” é igual à energia que “sai”
Noções básicas
• Existe equilíbrio energético em larga escala
não há aumento contínuo de temperatura na região equatorial e nem diminuição contínua nos pólos
ou seja, globalmente a energia que “entra” é igual à energia que “sai”
→ como fica o balanço em larga-escala?
Noções básicas
• Devem existir mecanismos de transporte de calor da região equatorial para os pólos
Noções básicas
• Devem existir mecanismos de transporte de calor da região equatorial para os pólos
circulação geral da atmosfera
Noções básicas
• Modelo de célula única
terra uniformemente coberta de água
sem rotação
Noções básicas
• Modelo de célula única
não é observado na prática
o quê faltou considerar?
Noções básicas
• Modelo de célula única
não é observado na prática
o quê faltou considerar?
... rotação ...
Noções básicas
• Presença de água nas diferentes fases
Noções básicas
• Presença de água nas diferentes fases
sólida, líquida e gasosa
Noções básicas
• Presença de água nas diferentes fases
sólida, líquida e gasosa
calor sensível: energia envolvida em alterações de temperatura mantendo o estado
Noções básicas
• Presença de água nas diferentes fases
sólida, líquida e gasosa
calor sensível: energia envolvida em alterações de temperatura mantendo
o estado
calor latente: energia envolvida nas mudanças de fase
Noções básicas
• Presença de água nas diferentes fases sólida, líquida e gasosa
calor sensível: energia envolvida em alterações de temperatura mantendo o estado
calor latente: energia envolvida nas mudanças de fasefonte de energia de suma importância
para os transientes atmosféricos
Noções básicas
• Existência de diferentes massas de ardefinida em termos da região de
formação e disponibilidade de umidade
Noções básicas
• Existência de diferentes massas de ardefinida em termos da região de
formação e disponibilidade de umidade
Tropical continental
Tropical marítima
Polar continental
Polar marítima
DefiniçãoUm grande volume de ar, cobrindo uma superfície de centenas de km2, que tem temperatura e umidade relativamente constante na horizontal
FormaçãoFormam-se sobre grandes extensões da superfície terrestre com características homogêneas (oceanos, grandes florestas, desertos,etc.), onde permanecem por longo tempo
Noções básicas
• Variáveis atmosféricas de maior interesse
temperatura
pressão
umidade
vento
precipitação
Noções básicas
• temperatura
Noções básicas
• temperatura expressa a energia interna de
agitação das moléculas
unidade: Celsius, Farenheit, Kelvin
Noções básicas
• temperatura expressa a energia interna de
agitação das moléculas
unidade: Celsius, Farenheit, Kelvin
• pressão
Noções básicas
• temperatura expressa a energia interna de agitação
das moléculas
unidade: Celsius, Farenheit, Kelvin
• pressão expressa a força exercida pelo peso da
coluna de ar acima do ponto considerado
unidade: Pa, bar, mmHg
Variação média vertical global da temperatura e da pressão.
troposfera
tropopausa
estratosfera
mesosfera
termosfera
estratopausa
mesopausa
Centros de alta e baixa pressão
Hemisfério Sul
Noções básicas
• umidade
Noções básicas
• umidade expressa a quantidade de vapor
d’água contida no ar
unidade: g/kg
Noções básicas
• umidade expressa a quantidade de vapor
d’água contida no ar
unidade: g/kg
obs1: quanto mais quente a parcela de ar, mais vapor ela suporta
Noções básicas
• umidade expressa a quantidade de vapor
d’água contida no ar
unidade: g/kg
obs1: quanto mais quente a parcela de ar, mais vapor ela suporta
obs2: o termo mais comumente utilizado é a umidade relativa, que expressa a porcentagem de saturação de uma parcela de ar
Noções básicas
• vento
Noções básicas
• vento expressa a magnitude do
deslocamento das parcelas de ar
unidade: m/s, km/h, nós
Noções básicas
• vento expressa a magnitude do
deslocamento das parcelas de ar
unidade: m/s, km/h, nós
• precipitação
Noções básicas
• vento expressa a magnitude do deslocamento
das parcelas de ar
unidade: m/s, km/h, nós
• precipitação expressa a quantidade de água
convertida a partir do vapor d’água que atinge a superfície
unidade: mm, polegadas
Estrutura da atmosfera
Padrões típicos de superfície
• Campos médios de temperatura, pressão e vento
Janeiro
Estrutura da atmosfera
Padrões típicos de superfície
• Campos médios de temperatura, pressão e vento
Julho
Padrões de superfície
• Precipitação média anual e correntes oceânicas de superfície
Estrutura da atmosfera
Padrões típicos de altitude
• Presença de estruturas do tipo jatos (núcleos de máxima intensidade)
Estrutura da atmosfera
Padrões típicos de altitude
• Presença de estruturas do tipo jatos (núcleos de máxima intensidade)descobertos na época da Segunda
Guerra Mundial
Estrutura da atmosfera
Padrões típicos de altitude
• Presença de estruturas do tipo jatos (núcleos de máxima intensidade)descobertos na época da Segunda
Guerra Mundial
denotam regiões com acentuados gradientes de temperatura à superfície
escoamento ondulatório de oeste para leste
diferentes alturas porque a espessura da camada é proporcional à sua temperatura média
Tropopausa tropical: Cobre a região entre os jatos subtropicais de ambos hemisférios e com elevacão de cerca de 17km (120 a 80 hPa); às vezes, ela se estende sobre o jato subtropical, na região da média tropopausa; nos trópicos, também pode ocorrer dupla tropopausa.
Tropopausa média: Aparece tipicamente entre 9,5 e 11km (210 a 270hPa) na região entre as duas correntes de jato na média troposfera; atinge 13 a 15km em regiões com tempestades severas.
Tropopausa polar: Entre o jato polar e a região polar propriamente dita, com alturas típicas da ordem de 6 a 8,5km; ou entre 450 e 300 hPa.
Jatos em altitude
não tem uma trajetória retilínea leste-oeste
tem papel muito importante na evolução do tempo em latitudes médias
fornece energia para os transientes atmosféricos na superfície e dirige suas trajetórias
O seu monitoramento é importante para a previsão do tempo!
Ondas nas correntes de jato
mapas de nível superior revelam que os ventos de oeste seguem percursos ondulatórios que podem ter grandes comprimentos de onda
essas ondas contêm cavados e cristas que são determinantes na evolução dos transientes atmosféricos que alteram o tempo
Quase todos os padrões do escoamento extratropical estão dinamicamente relacionados com a curvatura ciclônica ou anticiclônica das correntes de jato
Região com curvatura ciclônica é o cavado
Região com curvatura anticiclônica é a crista
Ondas nas correntes de jato
O movimento vertical e o desenvolvimento de sistemas de tempo são extremamente diferentes nas duas seguintes regiões entre cristas e cavados:
Região ativa: a juzante do cavado, onde normalmente é encontrado movimento ascendente de ar, sendo favorável para ciclogêneses, frontogêneses, formação de nuvens e precipitação
Ondas nas correntes de jato
O movimento vertical e o desenvolvimento de sistemas de tempo são extremamente diferentes nas duas seguintes regiões entre cristas e cavados
Região inativa: a montante do cavado, onde encontra-se o anticiclone de latitudes médias, frontólise junto à superfície e dissipação de nuvens.
Ondas nas correntes de jato
Evolução da Meteorologia
• Observação versus teoria
A classificação dos fenômenos deve ser feita de acordo com suas características físicas ou em termos de leis governantes??
Evolução da Meteorologia
• A sinótica é altamente baseada em observações
• A dinâmica baseia-se na aceitação de leis físicas e deduções sobre o comportamento atmosférico regido por tais leis
Evolução da Meteorologia
• A sinótica é altamente baseada em observações
Por um lado, pode-se observar determinado fenômeno, depois descrever suas características, depois analisá-lo para aprender porquê é formado e porquê se comporta daquela maneira e finalmente poder prevê-lo. Exemplo: ciclones extratropicais
Evolução da Meteorologia
• A dinâmica baseia-se na aceitação de leis físicas e deduções sobre o comportamento atmosférico regido por tais leis
Por outro lado, a existência de determinado fenômeno pode ser prevista pelo conhecimento de uma lei física e então procurar observá-lo. Exemplo: ondas de gravidade
Evolução da Meteorologia
• O meteorologista sinótico representa o lado intuitivo enquanto que o meteorologista dinâmico representa o lado dedutivo
O sinótico "descobre" as leis, enquanto que o dinâmico prova que a lei está correta e tenta compreendê-la
Evolução da Meteorologia
• O melhor exemplo de aplicação de princípios dinâmicos na sinótica é a teoria quase-geostrófica, a qual é baseada nas observações mas foi desenvolvida pelos teóricos através da lógica
Evolução da Meteorologia
• synoptikos: visão geral de um todo
Evolução da Meteorologia
• synoptikos: visão geral de um todo
Meteorologia: dimensões horizontais e tempo de duração de fenômenos atmosféricos
Classificação dos fenômenos
atmosféricos
• subdivisão de acordo com a ordem de grandeza da escala horizontal de cada fenômeno
Classificação dos fenômenos
atmosféricos
• subdivisão de acordo com a ordem de grandeza da escala horizontal de cada fenômeno
Orlanski: prefixos macro, meso e micro acompanhados de letras gregas
A: rodamoinhoB: tornados e trombas
d’águaC: nuvens cumulusD: “downburts”E: frentes de rajadaF: mesociclonesG: tempestadesH: circ. locais do tipo
brisa lago/terra/oceano e vale/montanha
I: bandas de precipitação
J: frentes costeirasK: sistemas convectivos
de mesoescalaL: jato de baixos níveisM: “dryline”N: ciclones tropicaisO: jato de altos níveisP: frentes de superfícieQ: ciclones e
anticiclones extratropicais
R: cavados e cristas no escoamento de oeste
Sistemas “muito” diferentes
““ESCALA” DOS FENÔMENOS ESCALA” DOS FENÔMENOS METEOROLÓGICOSMETEOROLÓGICOS
Evolução da Meteorologia
• Influência tecnológica teve papel fundamental
Evolução da Meteorologia
• Influência tecnológica teve papel fundamental1840: invenção do telégrafo
vários anos de observações da estrutura da atmosfera à superfície (2D)
Evolução da Meteorologia
• Influência tecnológica teve papel fundamental1840: invenção do telégrafo
vários anos de observações da estrutura da atmosfera à superfície lembrando da adoção do Greenwich Meridian Time (GMT)
1920: teoria da frente polar
1930-1940: radio-sondas, estudos teóricos & criação de computadoresobservações da estrutura 3D & criação da
teoria quase-geostrófica
1930-1940: radio-sondas, estudos teóricos & criação de computadoresobservações da estrutura 3D & criação da
teoria quase-geostrófica
1950: primeira previsão numérica em computador e verificação da teoria quase-geostrófica
1930-1940: radio-sondas, estudos teóricos & criação de computadoresobservações da estrutura 3D & criação da
teoria quase-geostrófica
1950: primeira previsão numérica em computador e verificação da teoria
quase-geostrófica 1960-1970: satélites e estudos de
efeitos não-quase-geostróficos
1930-1940: radio-sondas, estudos teóricos & criação de computadoresobservações da estrutura 3D & criação da
teoria quase-geostrófica
1950: primeira previsão numérica em computador e verificação da teoria quase-geostrófica
1960-1970: satélites e estudos de efeitos não-quase-geostróficos
1980-1990: perfiladores via radar, redes observacionais, sondagens via satélites e computadores cada vez mais poderosos
Os eventos que os meteorologistas observam, analisam e tentam prever são de certa foram misteriosos, pois nem todas as leis físicas relevantes são completamente compreendidas, além do fato de que o estado atual da atmosfera não é conhecido perfeitamente.
Desta forma, em grande parte dos casos, não é possível fazer previsões perfeitas e precisas.
Procedimento Operacional
A Meteorologia Sinótica é definida como a análise meteorológica e a previsão de tempo
São usados dados obtidos simultaneamente sobre uma grande área com a finalidade de apresentar um ''retrato'' detalhado e quase instantâneo do estado da atmosfera naquele momento
Antes da era dos computadores, isto compreendia a preparacão, análise e interpretação de cartas meteorológicas
Procedimento Operacional
Dados observados
Dados dos aeroportos – METAR Dados da rede sinótica – SYNOPDados de navios – SHIPDados de altitude – UPPER AIRDados de rotas aéreas – AIREPDados observados por satélites –
SATOB
METAR
SYNOP
A rede de observação de A rede de observação de superfície da WMOsuperfície da WMO
Esquema dos Esquema dos componentes do componentes do
sistema de sistema de telecomunicação global telecomunicação global
da WMOda WMO
SHIP
UPPER AIR
AIREP
SATOB
SATOB
SATOB
SATOB
SATOB
SATOB
GOES LANDSAT
SATOB
Previsão numérica do tempo
Modelos meteorológicosEquações do movimento e
termodinâmicaEscala global: não requer
condições de contornoEscala regional: condições de
contorno dadas por modelos globais
Condições iniciais
Previsão Previsão numéricanumérica do tempo do tempo
atrito
a
gravidade
pressão degradiente
Coriolisaceleração
FkgpVDt
VD
1
2
z
w
y
v
x
uV
t
vv c
Q
Dt
D
c
p
z
Tw
y
Tv
x
Tu
t
T
1
tFAA orçantepassado
tfuturo
tt
Equações: 2a. Lei de Newton
Continuidade
Termodinâmica
Representação
Solução:
Manualmente Automaticamente
““Cartas sinópticas” e diagramasCartas sinópticas” e diagramas
““PREVISÃO NUMÉRICA”PREVISÃO NUMÉRICA”
INMETCPTEC
PESQUISADOR METEOROLOGISTA
ANALISTA
OBSERVAÇÕESDADOS
MODELAGEM
)
)
Técnicas de Interpretação, Validação, Métodos Estatísticos: MOS, PP, Adição de Valor, Detecção de Erros, Melhorias das Técnicas e Produtos Especiais
Dados Globais
GTS(INMET)
Satélite Geoestacionário e
da Órbita Polar
Redesde Observação
Regional e Local
RadarMeteorológico
Mod. Global (CPTEC)
Modelo Reg. ETA (CPTEC)
Modelo de
Mesoescala
Prev. deMédio Prazo(baixa resolução
espacial)
Prev. deCurto Prazo
(resolução média -maior detalhamento
espacial)
Prev. deCurtíssimo Prazo(previsão imediata -
detalhamento elevado)
CC
FGCC
FG
PRODUTOS
)
)
)
)
PREVISÃO DE TEMPO