Meteorologia física: diferenças entre revisões
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Imagem:Cumulus20 - NOAA.jpg|Cumulus Congestus Torre
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===Nuvens Stratocumuls===
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=== Divergências entre Supercélulas e Multicélulas ===
Há divergências quanto ao critério de distinção entre Supercélulas e Multicélulas. Pode-se levar em consideração a aparência visual das células filhas, ou alegar que a Supercélula é nada mais que uma Multicélula onde as células filhas estão agregadas à nuvem, ou mesmo que Multicélulas podem se desenvolver em Supercélulas. Além do mais, existe uma continua faixa de tipos de tempestades, que vai desde às multicélulas menos organizadas, ás mais organizadas, e às Supercélulas mais firmes. Vasiloff et al. (1986) propõe uma relação onde a distancia L entre células com corrente ascendente deve ser muito menor que o diâmetro da corrente D para ser classificada como Supercélula. Já Weisman & Klemp (1984) propõem uma classificação baseada na pressão de baixos níveis, nos gradientes verticais de pressão que intensificam as correntes ascendentes, grau de correlação entre a corrente ascendente e a vorticidade vertical, e características de propagação. Eles também afirmam que forte cisalhamento nos primeiros 6 km ou uma certa faixa do numero de Richardson, que relaciona o empuxo com a diferença entre o vento dos baixos e médios níveis, é uma condição necessária para a formação de uma supercélula. .<ref>A short Course in Cloud Physics, 3ª edição, R. R. Rogers & M. K. Yau</ref><ref>Wallace & Hobbs: Atmospheric Science.</ref>
==Nevoeiro==
Nevoeiro é uma suspensão de minúsculas gotículas de água ou cristais de gelo numa camada de ar próxima à superfície da Terra. Por convenção internacional, usa-se o termo nevoeiro quando a visibilidade horizontal no solo é inferior a 1 km; quando a visibilidade horizontal no solo é superior a 1 km, a suspensão é denominada névoa. O nevoeiro é uma nuvem com base em contato com o solo. O nevoeiro pode formar-se quando o ar torna-se saturado através de resfriamento radiativo, resfriamento advectivo, resfriamento por expansão (adiabático) ou por adição de vapor d’água.
=== 4.1 Nevoeiro de Radiação ===
O '''nevoeiro de radiação''' resulta do resfriamento radiativo da superfície e do ar adjacente. Ocorre em noites de céu limpo, ventos fracos e umidade relativa razoavelmente alta. Se a umidade relativa é alta, apenas um pequeno resfriamento abaixará a temperatura até o ponto de orvalho e uma nuvem se formará. Se o ar está calmo o nevoeiro pode ser raso (menos de 1 m de profundidade) e descontínuo. Para um nevoeiro com maior extensão vertical, é necessária uma brisa leve de 3 a 4 km/h. O vento fraco produz mistura fraca que transfere calor para a superfície fria, fazendo com que uma camada maior se resfrie até abaixo do ponto de orvalho e levando o nevoeiro para cima (10 ou 30 m) sem dispersá-lo.
Exemplos de nevoeiro de radiação:
Nevoeiro de Superfície: É considerado como sendo aquele formado a partir de uma inversão térmica de superfície causada pelo resfriamento radiativo que ocorre durante uma única noite, sendo a inversão destruída durante o dia. Muitas vezes o resfriamento por si só não é suficiente para formar nevoeiro, exceto em noites com ventos muito calmos. Quanto maior for o vento, menor será a chance de uma inversão térmica de [[superfície]], pois a turbulência associada ao campo de [[vento]] irá carregar calor para baixo. Outro ponto a ser citado é a cobertura de nuvens. Se existe nebulosidade, parte da radiação perdida pela superfície é absorvida pelas nuvens e então refletida de volta e reabsorvida novamente pela superfície, o que impede a formação de nevoeiros. Assim, noites calmas e de céu claro permitem que a radiação emitida pela superfície escape para o espaço e, portanto, formam condições ideais para resfriamento de ar na superfície. Normalmente são rasos e desaparecem rapidamente após o nascer do [[sol]].
Nevoeiro de alta inversão: Este é basicamente um fenômeno de [[inverno]] e como todos os nevoeiros do tipo radiativo, ocorre apenas sobre o continente. Ele é formado não pelo resultado da perda radiativa de uma só noite, como no caso do nevoeiro de superfície, mas pela contínua perda de calor por radiação que caracteriza regiões fora dos trópicos durante o inverno.
=== 4.2 Nevoeiro de advecção ===
O '''nevoeiro de advecção''' ocorre quando ar quente e úmido passa sobre uma superfície fria, resfriando-se por contato e também por mistura com o ar [[frio]] que estava sobre a superfície fria, até atingir a saturação. Certa quantidade de turbulência é necessária para um maior desenvolvimento do nevoeiro. Assim, ventos entre 10 e 30 km/h são usualmente associados com nevoeiro de advecção. A turbulência não só facilita o resfriamento de uma camada mais profunda de ar, mas também leva o nevoeiro para alturas maiores. Diferentemente dos nevoeiros de radiação, nevoeiros de advecção são freqüentemente profundos (300-600 m) e persistentes.
Exemplos de nevoeiro de advecção:
Nevoeiro associado à brisa terrestre ou marítima: No inverno, a advecção de ar do mar relativamente quente para o continente relativamente frio causa nevoeiro sobre o continente; entretanto, estes nevoeiros estão mais relacionados a fenômenos radiativos do que a transportes horizontais de massas de ar e, portanto não devem ser colocados na categoria de nevoeiros advectivos. Na maioria dos casos de nevoeiro associado à [[brisa]] terrestre/marítima, flutuações na direção do vento, usualmente de natureza diurna, fazem parte do mecanismo. O ar proveniente do continente aquecido é resfriado ao passar sobre a superfície fria do oceano. Se os ventos forem de moderado a forte, a turbulência pode manter uma abrupta taxa de resfriamento nas camadas inferiores, e nuvens estratiformes se formarão sob a inversão turbulenta. Entretanto, se o vento for fraco, uma densa superfície de nevoeiro pode ser desenvolvida sobre o oceano.
Nevoeiro de ar marítimo: Este nevoeiro se forma no resfriamento do próprio ar marítimo sobre uma corrente fria. Sendo assim, o nevoeiro associado ao ar marítimo pode ocorrer em qualquer lugar do oceano onde houver significativa diferença de temperatura.
Nevoeiro de ar [[tropical]]: Este tipo de nevoeiro está relacionado ao gradativo resfriamento do ar tropical à medida que ele se move de latitudes mais baixas em direção aos pólos sobre o oceano. Pode ocorrer também no inverno sobre os continentes, onde o gradiente latitudinal de temperatura pode ser muito maior do que sobre os oceanos. Por outro lado, a turbulência sobre o continente é maior do que sobre o oceano por conta da rugosidade de superfície, o que pode tornar mais difícil a condensação direta como nevoeiro de superfície, exceto em casos com vento fraco. Sobre o mar, verificou-se que o nevoeiro pode se mantiver com ventos intensos mais facilmente do que em relação ao continente. Ar tropical marítimo em movimento sobre o continente no inverno é imediatamente sujeito a fortes processos de resfriamento radiativo, o que pode se tornar mais importante do que o próprio resfriamento pela advecção latitudinal.
=== 4.3 Nevoeiro de vapor ===
'''Nevoeiro de vapor''': Quando ar frio se move sobre água mais quente, a água evapora, aumentando a razão de mistura do ar (ou pressão de vapor) que, com suficiente evaporação, pode atingir a umidade relativa de 100%. A saturação ocorre ainda que o ar seja aquecido um pouco em contato com a água mais quente. O aumento na umidade relativa, causada pela rápida evaporação, compensa a diminuição da umidade relativa causada pelo aquecimento do ar pela água. Como o ar é aquecido por baixo, ele é instabilizado, sobe, e o vapor d’água encontra o ar mais frio, condensando-se e subindo com o ar que está sendo aquecido por baixo. O nevoeiro então aparece como correntes ascendentes que lembram fumaça ou "vapor". Ocorre freqüentemente sobre lagos e rios no outono e início do inverno, quando a água pode ainda estar relativamente quente. O mesmo fenômeno também ocorre em dias frios sobre uma piscina externa aquecida. A saturação por adição de vapor pode ocorrer também por evaporação de chuva em ar frio próximo ao ponto de orvalho (nevoeiro frontal ou de precipitação).
=== 4.4 Nevoeiro do tipo advectivo-radiativo ===
'''Nevoeiro do tipo advectivo-radiativo''': Este nome é dado ao nevoeiro que se forma por resfriamento radiativo noturno sobre o continente de ar procedente do mar durante o dia. Em geral, é como outros nevoeiros do tipo radiativo, porém se deriva de circunstâncias especiais pois ar com alta umidade oriundo de superfícies de águas quentes é resfriado radiativamente durante a noite sobre o continente. Ocorre principalmente no fim do verão e outono quando a água está relativamente mais quente e é, portanto capaz de produzir uma alta temperatura do ponto de orvalho no ar sobrejacente e também quando as noites são longas o bastante para um resfriamento considerável.
=== 4.5 Nevoeiro orográfico ===
'''O nevoeiro orográfico''': Este nevoeiro é criado quando ar úmido sobe terreno inclinado, como encostas de colinas ou montanhas. Devido ao movimento ascendente, o ar se expande e resfria adiabaticamente. Se o ponto de orvalho é atingido, pode-se formar uma extensa camada de nevoeiro.
=== 4.6 Nevoeiro pré-frontal ===
'''Nevoeiros pré-frontais (frentes quentes)''': Os efeitos de precipitação em colunas estáveis de ar podem aumentar a temperatura do ponto de orvalho até que nevoeiro seja formado sem resfriamento da camada de ar inferior. Estas condições são mais facilmente obedecidas no lado frio adiante de uma frente quente. Massas de ar continental polar de inverno quando associadas com frentes quentes e precipitantes comumente apresentam nevoeiro ou nuvens estratiformes bem baixas por serem bastante estáveis. Por outro lado, uma massa de ar marítima polar não é estável o bastante para permitir a formação de nevoeiro. Assim como para os demais tipos de nevoeiro, a intensidade do vento é um fator importante. Uma vez que frentes quentes estão em geral associadas com ciclones cuja circulação é mais intensa do que o normal, nuvens estratiformes de frente quentes são mais comuns que nevoeiros de frente frias.
=== 4.7 Nevoeiro pós-frontal ===
'''Nevoeiros pós-frontais (frentes frias)''': Há uma sutil diferença entre nevoeiro de frente quente e de frente fria, uma vez que ambos se formam pela umidade da precipitação frontal. Entretanto, desde que a banda de precipitação associada a uma frente fria é muito mais restrita em área do que a de uma frente quente, os nevoeiros pós-frontais são menos espalhados. De fato, apenas frentes frias que se tornaram quase-estacionárias, usualmente orientadas na direção leste-oeste que apresentam extensas áreas de nevoeiro. Como no caso de frente quente, estas circunstâncias causam nevoeiro apenas se o ar frio for estável.
=== 4.8 Nevoeiro frontal ===
'''Nevoeiro frontal''': Existe uma variedade de maneiras nas quais nevoeiros podem se formar temporariamente durante a passagem de uma frente. A mistura de massas de ar quente e frio na zona frontal pode produzir nevoeiro se o vento for bem calmo e se ambas as massas estiverem perto da saturação antes da mistura. O súbito resfriamento do ar sobre a superfície úmida com a passagem de uma frente fria marcadamente precipitante pode causar um nevoeiro provisório ao longo da frente. No verão, especialmente em latitudes baixas, o resfriamento da superfície por evaporação de água de chuva pode ser tanto o resfriamento necessário quanto o suprimento de umidade necessário para a formação do nevoeiro. Basicamente este tipo de nevoeiro se dá por abaixamento da base da nuvem durante a passagem da frente em condições extremamente úmidas.
<ref>
Jiusto - Fog structure: no livro Hobbs & Deepak - CLOUDS Their formation, optical properties and effects.</ref>
<ref>http://www.master.iag.usp.br/ensino/Sinotica/AULA11/AULA11.HTML</ref>
<ref>http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap6/cap6-1-2.html</ref>
==Radar Meteorologico==
O Radar - Radio Detection And Ranging ( detecção e localização através de ondas de rádio) é um sistema eletrônico usado para detecção e localização de objetos (conhecidos como alvos).
Com a crescente necessidade de detectar e quantificar nuvens desenvolveu-se o [[Radar]] aplicado à Meteorologia, sendo conhecido como Radar Meteorológico.
Um sistema radar consiste basicamente de cinco subsistemas:
#Um transmissor para gerar pulsos curtos de energia eletromagnética, em [[frequencia]] de microondas;
#Uma antena para emissão direcionada desses pulsos e para recepção de energia retroespalhada pelos alvos;
#um receptor para detectar, amplificar e processar os sinais muitos fracos recebidos pela antena;
#Um comutador para para chaveamento automático (processador de sinais de visualização);
#Um monitor (display) para apresentação dos produtos gerados pelo sistema de radar.
Equação do Radar:
Tudo que será refletido pelo objeto (alvo) depende da [[potência]] de retorno. É importante considerar as caracteristicas do alvo, do radar e a distância do radar ao alvo, pois estes irão determinar a quantidade de potência recebida. Essa relação é resumida por meio da equação do radar meteorologico ou “equação do radar” proposta por J. R. Robert em 1962 como:
[[Imagem:Equacaoradar.JPG|center]]
Pr = potência média retornada de um alvo para o radar [dBm]<br>
Pt = potência de pico transmitida [dBm]<br>
g = ganho da antena [adimensional]<br>
θ = largura angular do feixe [graus]<br>
H = largura do pulso (PW) [μseg]<br>
K = constante física dielétricas (função da natureza do alvo) [un]<br>
Z = refletividade do alvo [mm6/m3]<br>
λ = comprimento de onda eletromagnética emitida [cm]<br>
R = distância do alvo [km]<br>
L = Perda por atenuação [dB]<br>
== Eletricidade Atmosférica ==
[[Imagem:fig_1_leo.png|thumb|Figura 8.1: Esquema mostrando a distribuição das cargas elétricas em uma tempestade atmosférica]]
Todas as nuvens possuem um grau de eletricidade. No entanto, nuvens com intensos movimentos verticais possuem cargas elétricas suficientes para gerar campo elétrico, onde, na maioria das vezes resulta em descargas luminosas em seu interior.
A distribuição das cargas nas tempestades elétricas é observada através de aviões instrumentados e/ou através de uma radiosondagem especial conhecida como altielectrographs, que mede as variações do campo elétrico no terreno sob as nuvens carregadas. Uma síntese destes estudos está representada na figura 8.1, onde conseguimos observar a distribuição de cargas no interior de uma tempestade. As magnitudes destas encontram-se aproximadamente entre 10 e 100C (Coulomb) tanto para as cargas positivas quanto para as negativas. Notamos também que a localização das cargas negativas (chamada de main charging zone) fica bem definida entre os níveis de temperatura de -10ºC e -20ºC. Já as cargas positivas não possuem uma região bem defina, porém, sabemos que estão acima do nível das cargas negativas.
É importante ressaltar que a maioria dos registros de relâmpagos são observados em nuvens frias, no entanto, também são encontrados registros em nuvens quentes. Outro resultado observacional importante, de onde vem a base da maioria das teorias sobre tempestades elétricas, é que os registros das mais intensas descargas elétricas são acompanhados de intensa precipitação de granizo e saraiva (grandes pedras de gelo) no interior da nuvem (detectados por radar). Para grande parte destas teorias, as partículas de granizo ou saraiva que precipitam no interior da nuvem colidem com gotículas de água e cristais de gelo, gerando assim um aumento das cargas negativas na main charging zone. Entretanto, temos também pequenas partículas que ascendem impulsionadas pelos intensos movimentos convectivos gerando carga positiva no topo da nuvem. Diversos mecanismos potencialmente promissores foram propostos, porém, ainda não foi possível explicar a taxa de geração de energia observada nas tempestades ou, por outros motivos, foram insustentáveis. Então, a partir de agora iremos descrever uma destas propostas de mecanismos de transferência de carga durante a colisão entre a saraiva e os cristais de gelo.
[[Imagem:fig_2_leo.gif|thumb|Figura 8.2 - Esquema mostrando a distribuição das cargas elétricas durante um evento de descarga elétrica atmosférica.]]
Testes em laboratórios mostraram que a carga elétrica é separada quando os cristais de gelo colidem com a saraiva e seguidamente, são rebatidos. A magnitude desta carga é aproximadamente 10 fC por colisão, e a grande quantidade de colisões é suficiente para que ocorra o aumento da taxa de geração de cargas em uma tempestade. O sinal da carga recebida pela saraiva irá depender da temperatura, do conteúdo da água líquida da nuvem, e das taxas relativas ao crescimento tanto da saraiva, quanto dos cristais de gelo. Se a saraiva crescer mais devagar que os cristais de gelo, o primeiro citado receberá as cargas negativas desta transferência e os cristais ficaram com as respectivas cargas negativas.
A transferência de cargas aparece devido ao fato dos íons positivos atravessarem a saraiva mais rapidamente que os íons negativos. Como uma nova camada de gelo é criada pela deposição do vapor, os íons positivos iram migrar rapidamente para o interior da ‘pedra’ deixando sua superfície negativamente carregada. Durante a colisão, o material de cada partícula é misturado, porém, as cargas negativas são transferidas com uma taxa de crescimento menor.
Em algumas tempestades, cargas positivas relativamente pequenas são observadas abaixo da main charging zone (figura 8.1). Isso pode estar associado as precipitações sólidas ou aos processos de mistura.
Como as cargas elétricas são separadas dentro da nuvem, a intensidade do campo elétrico aumenta e eventualmente excede a limite em que o ar é capaz de sustentar. Então, esse campo assume a forma de flashes luminosos que podem gerar (1) clarões dentro da nuvem, entre nuvens ou entre a nuvem e o ar (os chamados ‘relâmpagos’) ou (2) raios entre a nuvem e o solo.
Os raios onde o solo é carregado negativamente em forma de descargas são chamados de stepped leader, que se movem da nuvem para o solo num espaço de tempo da ordem de µs. Acredita-se que estes raios são iniciados por descargas locais entre as cargas positivas na base da nuvem e as cargas negativas da main charging zone (figura 8.2). Essas descargas lançam elétrons (previamente associados às partículas de precipitação na parte negativa da nuvem) que neutralizam as cargas positivas abaixo da main charging zone e as lançam ao solo. Conforme elas se aproximam do solo, induzem as cargas positivas principalmente em objetos salientes e entre 10 e 100m do solo. Após esse contato, uma enorme quantidade de elétrons é liberada e um raio luminoso e um grande estrondo sonoro podem ser observados.
A maioria dos raios produzem três ou quatro estrondos separados por cerca de 50 ms, podendo cada um, remover mais de 20C da parte mais baixa da tempestade.
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