Distribuição das gotas de chuva: diferenças entre revisões

A '''distribuição das gotas de chuva,''' ou granulometria da chuva, é a distribuição do número de gotas de chuva de acordo com seu diâmetro (D). Três processos são responsáveis pela formação de gotas: a [[condensação]] do [[vapor de água]], o acúmulo de gotículas em gotas maiores e colisões entre os tamanhos. De acordo com o tempo gasto na nuvem, o movimento vertical no seu interior e a temperatura ambiente, as gotas terão uma história muito variada e uma distribuição de diâmetros de algumas dezenas de micrômetros a alguns milímetros.

Em geral, a distribuição do tamanho da gota é representada como uma [[função gama]] truncada para o diâmetro zero até o tamanho máximo possível das gotas de chuva.<ref name="Fiser">{{Citar livro|título=Geoscience and Remote Sensing New Achievements|ultimo=Ondrej Fiser|data=February 1, 01-02-2010|língua=en|capitulo=The Role of DSD and Radio Wave Scattering in Rain Attenuation|doi=10.5772/9110|isbn=978-953-7619-97-8|publicação=InTech}}</ref> O número de gotas com diâmetro <math>D</math> é portanto :

O estudo mais conhecido sobre a distribuição do tamanho das gotas de chuva é de Marshall e Palmer, realizada na [[Universidade McGill]] em [[Montreal]] em 1948.<ref name="Fiser">{{Citar livro|título=Geoscience and Remote Sensing New Achievements|ultimo=Ondrej Fiser|data=February 1, 01-02-2010|língua=en|capitulo=The Role of DSD and Radio Wave Scattering in Rain Attenuation|doi=10.5772/9110|isbn=978-953-7619-97-8|publicação=InTech}}</ref><ref name="Marshall">{{Citar periódico|ano=1948|titulo=The distribution of raindrops with size|jornal=Journal of Meteorology|língua=en|volume=5|páginas=165–166|bibcode=1948JAtS....5..165M|doi=10.1175/1520-0469(1948)005<0165:TDORWS>2.0.CO;2}}</ref> Eles usaram chuva estratiforme com <math>\mu = 0</math> e chegaram a uma distribuição exponencial do tamanho das gotas. Esta distribuição Marshall-Palmer é expressa como:

Onde:

* N₀ = 8000 m ^-3 mm ^-1 ;

* <math>\scriptstyle \Lambda</math> = 4,1 R ^-0,21 mm ^-1 (equivalente a 41 R ^-0,21 cm ^-1 na referência <ref name="Marshall">{{Citar periódico|ano=1948|titulo=The distribution of raindrops with size|jornal=Journal of Meteorology|língua=en|volume=5|páginas=165–166|bibcode=1948JAtS....5..165M|doi=10.1175/1520-0469(1948)005<0165:TDORWS>2.0.CO;2}}</ref>), sendo R a taxa de chuva na precipitação estratiforme;

* D = diâmetro da gota de chuva em mm

: Às vezes, as unidades de N₀ são simplificadas para cm^-4, mas isso remove a informação de que esse valor é calculado por metro cúbico de ar.

Como as diferentes precipitações ( [[chuva]], [[neve]], [[Chuva congelada|granizo]], etc ...) e os diferentes tipos de nuvens que as produzem variam no tempo e no espaço, os coeficientes da função de distribuição de gotas variam de acordo com cada situação. A relação Marshall-Palmer ainda é a mais citada, mas deve-se lembrar que é uma média de muitos eventos estratiformes de chuva em latitudes médias.<ref name="Marshall">{{Citar periódico|ano=1948|titulo=The distribution of raindrops with size|jornal=Journal of Meteorology|língua=en|volume=5|páginas=165–166|bibcode=1948JAtS....5..165M|doi=10.1175/1520-0469(1948)005<0165:TDORWS>2.0.CO;2}}</ref> A figura superior mostra as distribuições médias de precipitação estratiforme e convectiva. A parte linear das distribuições pode ser ajustada com um <math>\scriptstyle \Lambda</math> particular da distribuição Marshall-Palmer. A imagem inferior é uma série de distribuições de diâmetro de gota em vários eventos convectivos na Flórida com diferentes taxas de precipitação. Podemos ver que as curvas experimentais são mais complexas que as médias, mas a aparência geral é a mesma.

Muitas outras formas de funções de distribuição são encontradas na literatura meteorológica para ajustar com mais precisão o tamanho das partículas para eventos particulares. Com o tempo, os pesquisadores perceberam que a distribuição de gotas é mais um problema de probabilidade de produzir gotas de diâmetros diferentes, dependendo do tipo de precipitação, do que uma relação determinística. Portanto, há um continuum de famílias de curvas para chuva estratiforme e outra para chuva convectiva.<ref name="Fiser">{{Citar livro|título=Geoscience and Remote Sensing New Achievements|ultimo=Ondrej Fiser|data=February 1, 01-02-2010|língua=en|capitulo=The Role of DSD and Radio Wave Scattering in Rain Attenuation|doi=10.5772/9110|isbn=978-953-7619-97-8|publicação=InTech}}</ref><ref name="Marshall">{{Citar periódico|ano=1948|titulo=The distribution of raindrops with size|jornal=Journal of Meteorology|língua=en|volume=5|páginas=165–166|bibcode=1948JAtS....5..165M|doi=10.1175/1520-0469(1948)005<0165:TDORWS>2.0.CO;2}}</ref>

As primeiras medições da distribuição das gotas da chuva foram feitas por um instrumento bastante rudimentar de Palmer, aluno de Marshall, expondo um papelão coberto de farinha à chuva por um curto período de tempo. Como a marca deixada por cada gota é proporcional ao seu diâmetro, ele pode determinar a distribuição contando o número de marcas correspondentes a cada tamanho de gota. Isso ocorreu imediatamente após a Segunda Guerra Mundial.

Diferentes dispositivos foram desenvolvidos para obter essa distribuição com mais precisão:

* [[ Disdrometer |Disdrômetro]]

* [[Analisador de vento]] modificado

O conhecimento da distribuição das gotas de chuva em uma nuvem pode ser usado para relacionar o que é registrado por um [[radar meteorológico]] com o que é obtido no solo como a quantidade de precipitação. Nós podemos encontrar a relação entre a refletividade dos ecos de radar e o que medimos com um dispositivo como o disdrômetro.

A [[Refletância|refletividade]] do radar Z é:

Z e R tendo formulação semelhante, pode-se resolver as equações para ter-se um Z-R do tipo: <ref name="M-F">{{Citar web|lingua=fr|url=http://www.meteofrance.fr/publications/glossaire?articleId=153496|titulo=La mesure de la hauteur de précipitation grâce à la réflectivité radar|obra=Glossaire météorologique|publicação=[[Météo-France]]}}</ref>

Onde a e b estão relacionados ao tipo de precipitação (chuva, neve, [[Convecção atmosférica|convectiva]] (como nas tempestades) ou [[Nimbostratus|estratiforme]] (como nas nuvens [[nimbostratus]]) que têm diferentes <math>\Lambda</math>, K, N ₀ e <math>\scriptstyle v</math>.

A relação Z-R de Marshall-Palmer é a mais conhecida, que fornece a = 200 e b = 1,6.<ref name="NWS">{{Citar web|url=https://web.archive.org/web/20080704070826/http://www.roc.noaa.gov/ops/z2r_osf5.asp|titulo=Recommended Parameter Changes to Improve WSR-88D Rainfall Estimates During Cool Season Stratiform Rain Events|autor=[[National Weather Service]]|publicação=[[National Oceanic and Atmospheric Administration|NOAA]]}}</ref> Ainda é uma das mais utilizadas porque é válida para chuva sinótica em latitudes médias, um caso muito comum. Outras relações foram encontradas para neve, tempestade, chuva tropical, etc.

* [[ Teor de água líquida |Quantidade de água líquida]]