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2. A atmosfera da Terra
a) AR SECO (CONSTITUIÇÃO FIXA, EM %): - Nitrogênio (N2): 78,084%
- Oxigênio (O2): 20,948%
- Argônio (Ar): 0,934%
- Neônio (Ne): 1,8x10-3 %
- Hélio (He): 5,2x10-4 %
- Metano (CH4): 2x10-4
- Criptônio (Ko): 1,14x10-4 %
- Hidrogênio (H2): 5x10-5 %
- Xenônio (Xe): 8,7x10-6 %
B) GÁS CARBÔNICO (CO2): 0,033%
C) VAPOR D’ÁGUA (H2O): 0 – 7%
d) OZÔNIO (O3): 0 – 0,01%
e) DIÓXIDO DE ENXOFRE (SO2): 0 – 10-4 %
F) DIÓXIDO DE NITROGÊNIO (NO2): 0 – 10-6 %
G) AEROSSÓIS: PARTÍCULAS SÓLIDAS EM SUSPENSÃO
DE ORIGEM ORGÂNICA E INORGÂNICA.
PLANETA TERRA
TROPOSFERA
9 km
18 km
ESTRATOSFERA
20 – 50 km Camada de Ozônio
TROPOPAUSA
MESOSFERA
50 – 80 km
TERMOSFERA
Circulação de massas de ar no Brasil
Massas de ar predominantes:
Massa Continental Equatorial : cE;
Massa Marítima Equatorial: mE;
Massa Tropical Marítima: mT;
Massa Polar Marítima: mP;
Massa Polar Continental: cP;
Massa Continental Tropical: cT;
Regimes de precipitação que atuam no Brasil
Importância da região Amazônica;
Importância da região Antártida;
Importância das regiões montanhosas;
Importância do Oceano Atlântico;
Importância dos fenômenos cíclicos El-Niño e La-Niña;
SUDESTE DO BRASIL
Verão chuvoso:
Aumento da radiação solar e maior atividade fotossintética e da
evaporação;
Enfraquecimento do Anticiclone do Atlântico Sul;
Frentes Frias: 56% dos eventos de chuva ao longo de
todo o ano;
Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS);
Eventos convectivos;
Ciclones tropicais e extra-tropicais;
Totais anuais variando de 800 a 2000 mm;
Bloqueios atmosféricos;
SUL DO BRASIL
Chuvas bem distribuídas ao longo do ano;
Predomínio de Frentes Frias;
Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS):
indiretamente;
Eventos convectivos;
Ciclones tropicais e extra-tropicais;
Totais anuais em torno de 1400 mm;
Bloqueios atmosféricos;
CENTRO-OESTE DO BRASIL
Verão chuvoso, com muito alta concentração de chuvas;
Predomínio da Zona de Convergência do Atlântico Sul
(ZCAS);
Eventos convectivos;
Frentes frias pouco frequentes;
Período seco muito forte;
Totais anuais entre 1200 e 2500 mm;
Bloqueios atmosféricos;
NORDESTE DO BRASIL
Litoral chuvoso com influência importante do Oceano
Atlântico: eventos convectivos
Interior semi-árido: Célula de Hadley;
Frentes Frias: apenas no sul da região e com
intensidade fraca e poucos eventos;
Zona de Convergência Intertropical: norte da região;
Eventos convectivos esporádicos;
Totais entre 500 e 1400 mm;
NORTE DO BRASIL
Zona de Convergência Intertropical;
Zona de Convergência do Atlântico Sul;
Frentes Frias: muito esporádicas;
Eventos convectivos intensos devido à alta
concentração de umidade;
Influência importante dos fenômenos El-Niño e La-Niña;
Totais entre 1500 e 3500 mm;
Algumas considerações sobre a umidade atmosférica
Umidade relativa:
UR(%) = (et/est)*100
Ponto de orvalho
Ponto de condensação
Algumas características da umidade atmosférica
Decresce com aumento da latitude;
Máxima nos oceanos;
Decresce com a altitude;
Máxima no verão e mínima no inverno;
Variação diária: mínima ao nascer do sol e máxima a tarde
Transporte de energia na atmosfera
Radiação solar;
Condução: vapor d’água e CO2;
Convecção:
Redução da densidade do ar com aquecimento;
O ar torna-se mais leve próximo à superfície com aumento da temperatura;
Superfícies irregulares: aquecimento desigual;
Forças ascendentes: elevação do ar mais quente;
Com ascensão: expansão e resfriamento
Distribuição vertical de temperatura
Gradiente de temperatura na troposfera: 6,5oC/km;
Na estratosfera: não há gradiente (transformações isotérmicas);
Transformações adiabáticas na troposfera:
Adiabática seca: decréscimo de temperatura de uma partícula insaturada (1oC/100 m);
Adiabática saturada: condensação de vapor d’água;
Calor latente de vaporização;
Taxa de resfriamento de 0,5oC/100 m nas camadas inferiores da atmosfera
Produto da condensação permanece no sistema
4. Formação das chuvas
Elemento primordial: umidade atmosférica
Outros requisitos fundamentais:
Mecanismo de resfriamento do ar/ascensão da
massa de vapor d’água;
Presença de núcleos higroscópicos;
Partículas presentes na atmosfera em suspensão: sais,
argilas, oriundas de processos industriais, fuligem, cristais
de gelo, etc.
Mecanismo de crescimento das gotas;
Aquecimento das camadas inferiores
por condução do calor proveniente da radiação solar
Ascensão adiabática
Saturação do vapor d’água
por resfriamento
Formação das nuvens por pequenas gotículas
presença de núcleos higroscópicos
No interior das nuvens: crescimento das
gotas por coalescência e difusão do ar
Peso da gota > resistência do ar
Vapor d’água aquecido: <
densidade do ar
Precipitação
Superfície do solo
Tipo
Intensidade
Diâmetro (mm)
Velocidade de queda
(m/s)
Nevoeiro
0,25
0,20
-
Chuva leve
1 – 5
0,45
2,0
Chuva forte
15 - 20
1,50
5,5
Tempestade
100
3,0
8,0
3. Algumas características físicas das chuvas
Algumas chuvas históricas
Duração Lâmina (mm) Fonte (Local e data)
1 minuto 38 Barot, Guadeloupe 26/11/1970
15 minutos 198 Plumb Point, Jamaica 12/05/1916
30 minutos 280 Sikeshugou, Hebei, China 03/07/1974
60 minutos 401 Shangdi, Mongólia, China 03/07/1975
10 hs 1400 Muduocaidang, Mongólia, China 01/08/1977
24 hs 1825 Foc Foc, Ilhas Reunião 07 e 08/01/1966
12 meses 26461 Cherrapunji, Índia Ago. de 1860 a Jul. de 1861
• Tipos de chuvas
a) Chuvas Ciclônicas (frentes):
Movimentos de massa de ar de zonas de alta pressão
para zonas com baixa pressão atmosférica;
Classificação:
Sistema Não-Frontal: convergência horizontal de massas
de ar para regiões de baixa pressão;
Sistema Frontal: ascensão de ar quente sobre ar frio na
zona contato das duas massas.
Cumulus Cumulunimbus
4. Medição e monitoramento da chuva
Em solo:
Estações meteorológicas compactas e convencionais;
Pluviômetros e pluviógrafos;
Radar Meteorológico;
Do espaço:
Satélites Meteorológicos;
“Medidor de Neve”
40 – 400 mm/metro de neve
10% do total precipitado
em forma de neve convertido
para lâmina de chuva;
30 – 50% do total nevado para
neve compactada
Algumas características do Radar
Princípio de Funcionamento: “sistema de navegação dos morcegos”. : Sons de alta de freqüência;
No radar: ondas eletromagnéticas de alta freqüência;
Ressonância em gotas no interior da nuvem e retorno do sinal ao radar;
A quantidade de gotas no interior da nuvem caracteriza a intensidade do sinal de retorno;
Limite inferior de leitura: 1 mm/h a 190 km;
Refração: informações distorcidas pelo radar, reduzindo sua precisão
Ex.: Precipitações a baixas altitudes; ventos laterais; “ecos do terreno”, propagação anômala (curvamento do feixe);
Vantagens do radar:
Leituras em tempo praticamente real;
Extremamente útil na previsão de enchentes em
áreas urbanas;
Além da quantidade de chuva, é possível monitorar a
trajetória do evento;
Melhora de forma considerável o desempenho de
modelos hidrológicos pela melhor caracterização da
precipitação média espacial na bacia;
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS ASSOCIADAS À
PRECIPITAÇÃO E ANÁLISE DE UM PLUVIOGRAMA
Altura Pluviométrica;
Tempo de duração;
Intensidade da precipitação;
Freqüência de ocorrência;
Do pluviograma a seguir, calcule:
Total precipitado;
Duração da chuva;
Intensidade média;
Intensidade máxima associada aos intervalos de 10, 30, 60, 120, 240
PRECIPITAÇÃO MÉDIA NA BACIA
HIDROGRÁFICA
Contextualização:
Distribuição espacial da chuva ao longo de uma bacia;
Variabilidade espacial da chuva (intensidade e totais) no espaço da bacia;
Variabilidade espacial da geração de escoamento superficial;
Importância x dimensão da bacia;
Mapeamento da chuva x precipitação média espacial;
Base de dados:
Pluviométricos;
Radar;
Satélite;
Distribuição da chuva no espaço da bacia
Qual a precipitação média na bacia?
É possível trabalhar considerando sua distribuição no espaço?
Vantagens:
Rápido e fixo;
Precisão nos polígonos: SIG (ArcGis);
Resultados razoáveis (“bom custo/benefício”);
Problemas:
Método puramente geométrico;
Não capta de forma precisa efeitos orográficos;
Bom apenas para estimativa de uma média espacial;
Isoietas: linhas de igual precipitação
Baseado em métodos de interpolação espacial;
É possível reduzir efeitos orográficos;
Gera mapas de chuvas para cada evento de forma distribuída
no espaço;
Necessita de boa experiência;
Mapas de krigagem e co-krigagem;
É possível calcular a média espacial;
Isoietas de precipitação anual para MG utilizando diferentes interpoladores
Krigagem
ordinária Co-krigagem
IQD Modelos de
regressão
22/01/1992 23/01/1992 24/01/1992
Média espacial: 26 mm
(Thiessen)
Média espacial: 68 mm
(Thiessen)
Média espacial: 116 mm
(Thiessen)
Escoamento gerado
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
24/dez 3/jan 13/jan 23/jan 2/fev 12/fev
Data
Vaz
ão (
m3/
s)
24/01
Preenchimento de Falhas em Séries Históricas de
Precipitação
Causas:
Problemas técnicos de funcionamento dos equipamentos;
Problemas vinculados ao funcioanário;
Problemas técnicos de transmissão de dados;
Aplicabilidade das técnicas:
Séries históricas de totais (decendiais, quinzenais, mensais, anual);
Para chuvas diárias não é recomendável;
Por quê?
Técnicas mais aplicadas
Técnicas de regressão:
Regressão linear;
Regressão múltipla;
Médias;
Aritmética;
Ponderada;
Vetor de ponderação regional;
Vetor de ponderação regional com base em regressões;
Espacial;
Geoestatística;
Inverso da Quadrado da Distância;
Séries temporais;
Regressão linear entre dois postos:
Posto X com série completa;
Posto Y com série incompleta que precisa ser preenchida;
Regressão múltipla:
Postos vizinhos com dados correspondentes à falha de Y;
Regressão múltipla linear:
Regressão múltipla não linear:
XbaY
CXa...XaXaY nn2211
nan
3a3
2a2
1a1o X...XXXaY
Média aritmética entre postos vizinhos:
Vetor de ponderação regional:
Exemplo para 3 postos vizinhos A, B, C;
NA, NB, NC = valor médio da precipitação que se deseja preencher em
Px e que é conhecida nos postos A, B e C;
NX = precipitação média do posto X;
PA, PB, PC = precipitações correspondentes aos postos A, B e C
n
P
P
n
1ii
x
C
C
xB
B
xA
A
xx P
N
NP
N
NP
N
N
3
1P
Exemplo: preencher a falha de uma série histórica de
precipitação mensal de janeiro, correspondente ao ano 2001, de
um posto meteorológico P, com base em 3 postos vizinhos (A,
B, C), que apresentam os seguintes dados:
Média da precipitação de janeiro do posto P (Nx) = 161 mm;
Média da precipitação mensal de janeiro do posto A (NA) = 135 mm;
Média da precipitação mensal de janeiro do posto B (NB) = 180 mm;
Média da precipitação mensal de janeiro do posto C (NC) = 156 mm;
Valor da precipitação de janeiro, do ano 2001, para o posto A (PA) = 120
mm;
Valor da precipitação de janeiro, do ano 2001, para o posto B (PB) = 154
mm;
Valor da precipitação de janeiro, do ano 2001, para o posto C (PC) = 142
mm;
Preencher falha na série histórica de precipitação mensal de
setembro, relativo ao ano 2000 para a Estação 2, sabendo-se que:
Estação 1: 25 mm;
Estação 3: 31 mm;
Estação 4: 29,5 mm;
Estação 5: 26,8 mm;
Cálculo das distâncias euclidianas entre as estação com dados e a
estação que precisa de preenchimento (estação 2):
D1-2 = [(30-10)2 + (40-50)2]0,5 = 22,4 m;
D3-2 = [(41-30)2 + (65-40)2]0,5 = 27,3 m;
D4-2 = [(22-30)2 + (26-40)2]0,5 = 16,1 m;
D5-2 = [(50-30)2 + (25-40)2]0,5 = 25 m;
Cálculo dos pesos de cada estação:
P1-2 = 1/(22,4)2 = 1,993x10-3
P3-2 = 1/(27,3)2 = 1,342x10-3
P4-2 = 1/(16,1)2 = 3,858x10-3
P5-2 = 1/(25)2 = 1,6x10-3
Cálculo da falha:
Pp2 = [(P1-2 x 25)+(P3-2 x 31)+(P4-2 x 29,5)+(P5-2 x 26,8)]/(P1-2 + P3-2 + P4-2 + P5-2)
Pp2 = 28,2 mm
Exercício
Preencher a falha na série histórica mensal de abril do ano de 2005
para o posto 3 (dados da tabela abaixo) com base nos métodos
“Vetor de Ponderação Regional” e “Inverso do Quadrado da
Distância”.
Posto Latitude Longitude Precipitação média do mês de
Abril (mm)
Precipitação de
Abril de 2005 (mm)
1 7553800 554000 52 47
2 7553100 557600 58 52
3 7554500 552100 47 ??
4 7552100 551200 62 58
5 7555200 554300 65 57
Chuvas Intensas
Precipitações médias máximas associadas a uma
duração e recorrência;
td (min) 5 10 20 30 60 90 120 180 240
Intensidade média
(mm h-1) 120 72 51 40 25 19 15 11 8,7
Precipitação que possui uma característica fundamental
associada à probabilidade de ocorrência;
Podem não ser medidos diretamente;
Seus valores são estimados a partir da aplicação de uma
distribuição de probabilidades de valores extremos;
Séries históricas de valores máximos de precipitação
associados a uma determinada duração;
Aplicações:
Caracterização de uma chuva de projeto;
Cálculo da vazão de projeto a ser aplicada;
Depende das estrutura a ser dimensionada:
Cheia: terraços ; barragens; bueiros, drenagem urbana;
Drenagem subterrânea: dimensionamento de drenos/canais para
condução do excedente, dispondo de um tempo maior para isto;
bacias de contenção;
Equação de Chuvas Intensas:
Curvas I-D-F
Mapeamento da chuva intensa;
ndo
m
m,mtt
TRCI
2,603b
d21TR,dthataaTRlnah
Ajuste da Equação de Chuvas Intensas:
Estimar os parâmetros C, m, n, to da equação;
Valor local;
Obtenção dos dados:
Via pluviograma;
Via precipitação máxima diária anual (desagregação de chuvas);
Ajuste
Regressões Lineares;
Regressão Múltipla não linear: Gauss-Newton;
Via Pluviograma:
Estruturação de uma série histórica, com pelos menos 15 anos, de
valores máximos associados a uma duração específica, que
normalmente é de 10; 30; 60; 120; 360; 720; 1440 minutos;
Com a série histórica, ajusta-se uma distribuição de probabilidades
mais adequada para este fim e estima-se:
Td (min) TR (anos)
10 5
10 10
10 30
10 50
10 100
10 150
Via Desagregação de Chuvas:
Série histórica de precipitação máxima diária anual;
Ajuste da Distribuição de Probabilidades;
Cálculo da precipitação máxima associada a uma recorrência;
Estimativa da precipitação máxima associada a cada duração via
desagregação;
Estruturação da base de dados;
(ht1/ht2) h24/hdia h12/h24 h10/h24 h8/h24 h6/h24 h1/h24 h0,5/h1 h25/h30* h20/h30 h15/h30 h10/h30 h5/h30
K 1,14 0,85 0,82 0,78 0,72 0,42 0,74 0,91 0,81 0,70 0,54 0,34
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