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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

FACULDADE DE METEOROLOGIA

DISCIPLINA: FUNDAMENTOS DE METEOROLOGIA

APOSTILA 01 CONTEÚDO: CONCEITOS BÁSICOS DE METEOROLOGIA, CLIMATOLOGIA, TEMPO ATMOSFÉRICO E CLIMA

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I – INTRODUÇÃO Meteorologia: Resumo histórico Desde épocas muito remotas o homem observa o tempo, ora com curiosidade, ora com receio da ocorrência de certos fenômenos atmosféricos como: arco-íris, aguaceiros, tempestades, secas e outros. Nossos ancestrais aprenderam a se abrigar da chuva, do frio e do vento no refúgio das cavernas. Aprenderam a produzir e controlar o fogo, construir habitações e usar vestuários. Desta forma, o homem procurava se proteger e amenizar os rigores das condições do tempo. Na idade média, muitas interpretações irracionais e místicas foram dadas aos fenômenos meteorológicos, os quais eram considerados como um meio de sinais e avisos proféticos, muitas das vezes, relacionados com a conduta humana. A Meteorologia como ciência progrediu a partir do século XVII. A invenção do termômetro por Galileu (1592) e do barômetro por Torricelle (1643), marcaram o início de uma nova era no estudo das condições atmosféricas e suas variações no espaço e no tempo. Na Segunda metade do século XVII, surgiram a primeiras teorias sobre a circulação atmosférica. No século XVIII, foi demonstrada a influência da rotação da terra no movimento do ar. Ainda no século XVIII, Lavousier publicou as suas “regras para predizer as mudanças do tempo de acordo com as variações do barômetro”. Maior avanço no estudo e aplicação da meteorologia ocorreu a partir da 2a guerra mundial. Atualmente, a meteorologia tem papel relevante em um grande número de atividades humanas, produção agrícola e políticas públicas de saúde. 1.1- CONCEITOS BÁSICOS DE METEOROLOGIA, CLIMATOLOGIA, ATMOSFERA, TEMPO ATMOSFÉRICO E CLIMA.

Meteorologia – É uma ciência que estuda o comportamento físico da atmosfera e os fenômenos meteorológicos que ocorrem na camada atmosférica mais próxima da superfície terrestre. Climatologia – É um ramo do estudo da Meteorologia, que busca descrever e explicar a natureza do clima, porque ele varia de um lugar para outro, como está relacionado com os outros elementos da natureza e com as atividades humanas. 1.1.1 - Campo de domínio da Meteorologia e climatologia a) Meteorologia  A meteorologia trata do dia a dia das condições atmosféricas e suas causas.  Geralmente denominada como a física da atmosfera, a meteorologia utiliza leis da física para interpretar e explicar os processos atmosféricos. b) Climatologia.  A Climatologia amplia as constatações da meteorologia no espaço e no tempo.  A Climatologia envolve a coleção e interpretação de dados observados para generalização no Desenvolvimento do tempo a fim de testar teorias. É um instrumento ou técnica estatística. 1.1.2 - DIVISÃO DA METEOROLOGIA: Teórica e Aplicada O campo de estudo da meteorologia divide-se em dois principais grupos: Meteorologia teórica e Meteorologia aplicada. Meteorologia teórica é uma parte da meteorologia que se destinada a investigação científica das leis que regem a gênese e a evolução dos fenômenos meteorológicos, com vistas as explicações físicas e termodinâmicas do fenômeno em questão. Meteorologia aplicada, compreende o estudo da Meteorologia voltado à aplicação nas diversas atividades humanas, como por exemplo: (previsão do tempo, agrometeorologia, hidrometeorologia, meteorologia aeronáutica e marítima), etc e outras que mostrem de forma mais direta, dependência do meio físico natural. 2


1.1.3

– Tempo atmosférico e clima: definição e diferenças entre eles.

Tempo atmosférico - compreende a condição e as características da atmosfera num dado momento. Clima – se refere a predominância das condições médias do tempo atmosférico, em determinado período de tempo, expresso geralmente com base em período anual, incluindo os extremos da variabilidade do elemento meteorológico ou dos fatores climáticos. Em meteorologia, as variações referentes ao tempo e ao clima num período considerável de tempo são expressas em termos de valores normais. Em que, o termo normal é usado para expressar o valor médio de um elemento climático com no mínimo 10 anos de registros. Registros com períodos mais longos são requeridos, para que se estabeleça de maneira mais aproximada um valor normal. Neste caso, 30 anos de registros é o ideal para se estabelecer a normal climatológica. A normal climatológica ou valor médio de um elemento climático não é necessariamente, aquele valor mais provável de ocorrer num dado momento. 1.1.4 - Atmosfera. Atmosfera é a camada gasosa que envolve a terra e gira com ela (ar atmosférico). 1.1.4.1 – Composição da atmosfera. O ar atmosférico é composto dos seguintes constituintes: a) Ar seco – o ar seco também chamado de ar puro, compreende a mistura de vários gases, cujas proporções relativas permanecem constantes até grande altitude (20 ou 25 Km). Os principais constituintes do ar seco são: Composição do ar seco Nitrogênio

% por volume 78,084

Oxigênio

20,946

Argônio

0,934

Gás carbônico

0,033

Outros gases

0,003

b) Vapor d’água – água na forma de vapor em suspensão na atmosfera, resultante da evaporação de superfícies líquidas, solo úmido e transpiração vegetal e animal. c) Aerosóis – são partículas em suspensão na atmosfera tais como: gotículas de água, cristais de gelo, partículas poeira, fumaça, cloreto de sódio, pólen, gases industriais e outras.

1.1.4.1.1- Importância de alguns constituintes da atmosfera nos seres vivos. 3


Alguns dos componentes do ar atmosférico merecem atenção especial em virtude do papel que desempenham na vida dos seres terrenos. Destacam-se entre esses constituintes, o oxigênio, o ozônio, o vapor d’água e as partículas sólidas e líquidas em suspensão na atmosfera. a) Oxigênio (O2) – é importante no processo respiratório dos organismos humano e animal. Esse processo é que fornece a energia indispensável na realização de todas as funções orgânicas desses seres. b) Ozônio (O3) – Existe em pequena quantidade próximo da superfície terrestre é encontrado com maior concentração na estratosfera, entre 20 e 30 Km de altitude, na região da atmosfera conhecida como ozonosfera. O ozônio absorve uma grande quantidade de radiação ultravioleta, que provoca queimaduras intensas nos seres vivos. Se radiação ultravioleta fosse completamente absorvida na ozonosfera, os ossos dos animais teriam desenvolvimento prejudicado e tão pouco, se verificaria a formação de vitamina “d” no organismo animal. c) Gás Carbônico (CO2) – Tem uma importância marcante no processo de fotossíntese e no processo de absorção da radiação terrestre na formação do efeito estufa. d) Vapor d’água (H2O) – Apesar de ser encontrado em pequenas proporções junto a superfície terrestre, estas proporções nunca ultrapassam a 4% em volume. O vapor d’água é extremamente importante na manutenção de quase todas as formas de vida no planeta, e também na origem de todos os fenômenos meteorológicos (nuvem, chuva, nevoeiro, arco-íris, etc.). Outra função importante do vapor d’água é a de funcionar como meio de transporte de calor da superfície terrestre para a atmosfera e, desta para a superfície da terra, de região mais aquecida (equador), para áreas mais frias (pólos), contribuindo desta forma, para o equilíbrio térmico do planeta. e) Partículas em suspensão na atmosfera (aerosóis), são impurezas encontradas em suspensão na atmosfera, que segundo a composição que apresentam, são classificadas nos seguintes grupos: 1- Partículas líquidas e sólidas – formadas por gotículas d’água e cristais de gelo, que normalmente estão presentes nas nuvens. 2- Partículas higroscópicas – essas partículas em sua grande maioria são sólidas e são constituídas por partículas de poeira, fumaça, cloreto de sódio, polém e gases industriais (dióxido de nitrogênio (NO2 ), ácido sulfúrico (H2SO4))

1.1.4.2 – Divisão da atmosfera. 4


A atual divisão da atmosfera em camadas, considera a temperatura como critério , que divide a atmosfera em quatro camadas distintas: Troposfera, Estratosfera, Mesosfera e Termosfera. Cada camada está separada de sua vizinha por uma zona de transição. As principais zonas de transição entre as camadas atmosféricas são: Tropopausa, estratopausa e a mesopausa. A figura abaixo mostra as principais camadas atmosféricas e suas respectivas zonas de transição. Km

100 Termosfera 90 Mesopausa 80 Mesosfera

50 Estratopausa

25 -

Estratosfera Tropopausa

Troposfera 10

-

- 80

-60

-40

-20

0

20

( 0C)

Estrutura vertical da atmosfera

1.1.4.2.1

- Características das camadas atmosféricas.

a) Troposfera – camada em que a temperatura normalmente diminui com a altura e onde se gera a maioria dos fenômenos meteorológicos. A profundidade da Troposfera, varia de 8 - 9 Km nos pólos e de 16 – 17 Km sobre o equador. b) Estratosfera – nesta camada a temperatura aumenta com a altura. É nesta região em que ocorre 5


a maior concentração do gás ozônio, que protege a superfície terrestre da radiação ultravioleta. c) Mesosfera – camada em que a temperatura diminui com a altura. d) Termosfera – é a camada mais exterior da atmosfera. Nesta camada a temperatura aumenta com a altura e onde se verifica a reflexão e a dispersão dos sinais de rádio. 1.1.4.3 - Propriedades gerais da atmosfera. Denominamos de propriedades da atmosfera, as qualidades ou atributos do ar e seus vários elementos meteorológicos, para geração dos fenômenos atmosféricos. As principais características dos gases atmosféricos são: mobilidade, compressibilidade e capacidade de expansão. Tendo em vista que o ar tem plena liberdade de movimento em todas as direções e completa fluidez, determina sua mobilidade. A compressibilidade e a propriedade de expansão, decorre do fato de que os gases exercem uma pressão própria que tende a mudar seus volumes, adaptando-se ao recipiente que os contém. 1.1.4.4 - Processos adiabáticos na atmosfera. Quando as transformações gasosas que se processam na natureza sem que ocorra troca de calor entre o ar e o ambiente externo, denominamos de transformação adiabática. 1.1.4.4.1 - Compressão e expansão adiabática. Considerando que uma parcela do ar não saturado seja forçado a se elevar na atmosfera e atingir níveis de menor pressão. A medida que a parcela se eleva sofre uma expansão adiabática e vai se resfriando progressivamente. Em virtude da expansão, a redução adiabática da temperatura de uma parcela de ar não saturada em movimento ascensional na atmosfera livre é de aproximadamente de 1oC/100m ou 10oC/ Km. Essa variação é denominada de Razão abiabática seca ou Lapse rate adiabático seco. Por não envolver condensação ou sublimação (mudança de estado) do vapor d’água é válida tanto para movimento ascendente, como para descendente. No primeiro caso, como dito anteriormente, o ar em ascensão se resfria, porém no segundo caso, o ar esta em movimento descendente e é aquecido na mesma razão devido a compressão adiabática. 1.1.5 - Conceito de gás ideal e sua relação com o ar atmosférico. Um volume de gás é considerado ideal ou perfeito, quando segue rigorosamente as leis de BOYLE & MARIOTTE (transformação isotérmica), Gay-Lussac (transformação isobárica) e Charles (transformação isocórica ou isométrica). Tendo em vista que o ar atmosférico na temperatura terrestre tem comportamento semelhante a dos gases perfeitos, segue então, que a aplicação da lei desses gases são válidas para expressar o comportamento físico dos gases constituintes da atmosfera (ar seco e vapor d’água).

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Primeira aula