minicurso - diagrama termodinamico - uso e aplicações

Diagrama termodinâmico Skew T Log P

Uso e aplicações

Márcio Henrique

Diogo Nunes

Julho de 2010

Diagrama termodinâmico Skew T Log P – Uso e aplicações Instituto de Ciências Atmosféricas (ICAT) ‐ Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

2

Nota

Este minicurso voltado à análise rápida de diagramas termodinâmicos foi planejado para auxiliar nos estudos não só em Meteorologia Sinótica, mas também como suporte na interpretação de dados obtidos por radiossondas.

Nesta apostila utilizaremos alguns materiais encontrados na Internet como fundamentação teórica então se recomenda também a leitura destas referências, pois há bastante coisa interessante.

Por ser nosso primeiro material sobre o assunto, erros poderão surgir ao longo do texto. Então sugestões, dúvidas ou críticas construtivas serão bem-vindas.

Bons estudos!

Equipe responsável pelo mini-curso:

Márcio Henrique dos S. Silveira¹ ([email protected])

o Tutor do curso

Diogo Nunes da S. Ramos¹ ([email protected])

o Responsável pela elaboração desta apostila.

¹ Meteorologista, mestrando em Meteorologia pelo Instituto de Ciências Atmosféricas (ICAT) da Universidade Federal de Alagoas


3

Sumário

1. Introdução ........................................................................................................................... 4

2. Diagrama Termodinâmico .............................................................................................. 5

2.1. Skew T Log P ................................................................................................................. 5

2.1.1. Composição ................................................................................................................. 5

3. Análise de Radiossondagens ........................................................................................... 7

3.1. Níveis termodinâmicos ................................................................................................ 7

3.1.1. Nível de Condensação por Levantamento (NCL) ............................................... 7

3.1.2. Nível de Convecção Espontânea (NCE) ............................................................... 8

3.1.3. Nível de Convecção (NC) ......................................................................................... 8

3.1.4. Nível de Potencial Convectivo (CAPE) ................................................................. 9

3.2. Instabilidade Convectiva ........................................................................................... 10

3.3. Instabilidade Latente ................................................................................................. 11

3.4. Instabilidade Potencial .............................................................................................. 12

4. Referências utilizadas .................................................................................................... 13


4

1. Introdução

Na Meteorologia existem diversas sub-áreas, mas os alicerces do

curso concentram-se nas seguintes disciplinas: Meteorologia Sinótica,

Meteorologia Dinâmica, Termodinâmica da Atmosfera e Radiação Solar.

A Meteorologia Sinótica, por ser uma disciplina diretamente

responsável pela previsão do tempo, é caracterizada também pela

complexidade na análise dos diferentes processos e fenômenos

meteorológicos.

Estas dificuldades são causadas pela termodinâmica da atmosférica,

que por ser um processo caótico, não só pela sua imensidão volumétrica, mas

também pelos processos turbulentos, inibem análises mais precisas dos

meteorologistas.

Há diferentes métodos de análise sinótica, mas uma ferramenta

bastante utilizada, juntamente com os modelos atmosféricos, é o diagrama

termodinâmico Skew T Log P. Além de este diagrama conseguir representar

situações mais próximas da realidade encontrada na atmosfera, é o que

reúne o maior número de informações úteis para análise.

Então neste material veremos o que é um diagrama termodinâmico

SkewT LogP, sua estrutura, como é utilizado, análise de fenômenos

meteorológicos, enfim, as diferentes formas no uso e aplicação do diagrama.


5

2. Diagrama Termodinâmico

Um diagrama termodinâmico nada mais é que um perfil vertical da

atmosfera com informações sobre suas características, sendo utilizado para

ilustrar os processos que ocorrem na atmosfera através de dados

diretamente coletados (radiossondas) ou simulados (modelos).

2.1. Skew T Log P

O diagrama Skew T Log P é nomeado desta maneira por possuir um eixo

vertical com as isóbaras em escala logarítmica, e um eixo horizontal

inclinado (skew) das isotermas.

2.1.1. Composição

Neste diagrama são reunidos 5 diferentes isolinhas, que são:

1) Isóbaras: Os níveis de pressão são dados em unidade hPa

(equivalente a mbar) em ordem vertical logarítmica decrescente

(maiores valores à superfície). Usualmente são utilizados os níveis

padrão de pressão: 1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200,

150 e 100.

2) Isotermas: Linhas de mesma temperatura, dada em graus Celsius.

3) Gradiente da adiabática seca: Indica a taxa de variação vertical da

temperatura (Lapse Rate) de uma atmosfera idealizada sem nenhuma

umidade e sem trocar calor com o meio.

4) Gradiente da adiabática úmida: Indica o Lapse Rate de uma

atmosfera idealizada com umidade na saturação e sem trocar calor

com o meio.

5) Isopletas (Razão de mistura): Determina, em g/kg, a razão entre a

quantidade de vapor d’água que o ar possui, em relação a uma parcela

de ar seco.

Figu

Isób

Adia

isop

uma

exte

term

do g

e qu

para

Insti

ura 2.1 – D

baras (ve

abática se

letas (ama

O grad

a massa de

erno. Esta

modinâmic

gradiente a

uando atin

a -6,5ºC/km

ituto de Ciên

Diagrama

rde); Iso

eca (marro

arelo).

diente adi

e ar em de

a parcela d

cas, atravé

adiabático

ge a satur

m.

Diagncias Atmosf

termodin

termas (

om) e Ra

iabático in

eslocamen

de ar inte

és de varia

o seco de u

ração (adia

grama termoféricas (ICAT)

nâmico Ske

(vermelho)

azão de m

ndica a tax

nto vertical

erage com

ações na t

uma parce

abática sa

odinâmico Sk) ‐ Universida

ew-T Log

); Adiabá

mistura ou

xa de vari

l sem troc

m o ambie

temperatu

ela é aprox

turada), e

kew T Log P –ade Federal d

P com sua

ática sat

u umidade

ação de te

ar calor co

nte por tr

ura e dens

ximadame

ste gradie

– Uso e aplicde Alagoas (

as 5 isolin

turada (a

e absolut

emperatur

om o ambi

ransforma

sidade. O v

ente -10°C

ente é redu

cações UFAL)

6

nhas:

azul);

a ou

ra de

iente

ações

valor

C/km,

uzido


7

3. Análise de Radiossondagens

Uma sondagem atmosférica pode ser feita de diversas formas, onde as mais

comuns são por uso de balão cativo, e radiossondagens. Eles fornecem dados

meteorológicos básicos, como pressão atmosférica, temperatura do ar (bulbo

seco), temperatura de orvalho (bulbo úmido), com outras variáveis sendo

determinadas através de derivações.

Na utilização de um diagrama termodinâmico, são inseridos 2 linhas de

dados, temperatura do ar e temperatura de orvalho. A partir destas 2

curvaturas no perfil vertical, é possível extrair uma grande quantidade de

informações, algumas delas vistas a seguir.

3.1. Níveis termodinâmicos

3.1.1. Nível de Condensação por Levantamento (NCL)

Corresponde à altura da base das nuvens, no momento em que uma parcela

de ar se torna saturada quando é trazida adiabaticamente por movimento

ascendente.

Procedimento no diagrama (Figura 1): No nível de 1000 hpa, ascender pela

adiabática seca o perfil de T, e pela razão de mistura o perfil de Td, o ponto

em as linhas se interceptarem, indica o NCL em questão.

Figu

Indi

temp

amb

Proc

da p

posi

O ní

nuve

ergu

Proc

da c

have

Insti

ura 1. Perf

3.1.2. N

ica o pon

peratura,

biente.

cedimento

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tivo.

3.1.3. N

ível de co

ens cumu

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cedimento

urva de es

erá convec

ituto de Ciên

fis verticai

Nível de Co

nto onde

fazendo

no diagra

e ar com o

Nível de Co

nvecção (N

uliformes,

aticamete

no diagra

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cção.

Diagncias Atmosf

is de T e T

onvecção E

a curva

a parcela

ama (Figur

o perfil de

onvecção (

NC) ou ní

indica a

e até ficar

ama (Figur

nterceptar


Td com ind

Espontâne

de estado

a ficar ma

ra 2): Prim

temperat

(NC)

ível de equ

ascendênc

saturada,

ra 2): O pe

r esta curv


dicação do

ea (NCE)

o da par

ais quente

meiro enco

tura, ou a

uilíbrio (N

cia de um

quando a

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va, indica


NCL.

cela cruza

e (menos

ontro da cu

ainda, na b

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ma parcela

quecida po

mperatura

a altitude


a o perfi

densa) q

urva de es

base do C

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a de ar q

or baixo.

a à esquer

e máxima q

cações UFAL)

8

il da

que o

stado

CAPE

se de

que é

da

que

Conv

pote

Mat

Equ

Proc

sond

satu

o N

temp

cont

Figu

NC,

Insti

3.1.4. N

nvective A

encial que

tematicam

ilíbrio.

cedimento

dagem, dev

urada do n

C o topo

peratura e

trário.

ura 2. Ilust

com CAP

ituto de Ciên

Nível de Po

Avaliable P

e a parcel

mente, ela é

no diagr

ve-se proc

nível acima

da área

está à esqu

tração exe

E positivo

Diagncias Atmosf

otencial C

Potencial

la pode o

é a área en

rama (Fig

curar o nív

a até o nív

do CAPE

uerda da c

emplifican

o.


onvectivo

Energy i

obter atra

ntre o Niv

gura 2):

vel de conv

vel de conv

E. O CAPE

curva de e

ndo condiçã


(CAPE)

indica a

avés das c

el de Conv

Para iden

vecção livr

vecção. O N

E é posit

estado, e n

ão de ocorr


quantidad

condições

vecção Liv

ntificar o

re e siga p

NCE repre

ivo quand

negativo qu

rência de N


de de ene

do ambie

vre e o Nív

CAPE n

pela adiab

esenta a ba

do a curv

uando oco

NCL, NCE

cações UFAL)

9

ergia

ente.

vel de

numa

ática

ase e

va de

rre o

E e

3

Qua

cond

insta

Dete

1

2

Figu

Conv

Insti

3.2. Instabi

ando a tem

dições de

abilidade

erminação

1. Dada a

pelo mé

Tmáx a

orvalho

2. Desta c

ura 3. Est

vectiva.

I – Da tem

mistura até

II – Desce p

ituto de Ciên

ilidade Co

mperatura

pouca u

está assoc

o no diagra

a temperat

étodo de P

até que es

o.

camada pa

trutura ve

*Determ

mperatura do

é encontrar

pela adiabát

Diagncias Atmosf

onvectiva

do ar ati

umidade d

ciada ao fo

ama (Figu

tura máxi

Pettersen*

ssa linha c

ara baixo, s

ertical da

minação da T

o ponto de o

a temperatu

tica seca até


nge seu m

do ar, po

orneciment

ra 3):

ima do am

*), sobe-se

cruze a cu

se verifica

atmosfer

Tmáx pelo m

orvalho em

ura do ar;

é o nível de r


máximo du

ode-se ver

to de calor

mbiente (q

e pela adia

urva da te

a instabilid

ra com con

método de Pet

superfície,

referência (s


urante o d

rificar con

r sensível.

que pode s

abática se

emperatur

dade conve

ndição de

ttersen:

sobe-se pela

uperfície).


dia, mesmo

nvecção.

ser encont

eca a parti

ra do pont

ectiva.

e Instabili

a razão de

cações UFAL)

10

o em

Essa

trada

ir da

to de

dade

3

Qua

laten

romp

Dete

1

2

3

Figu

Late

Insti

3.3. Instabi

ando a par

nte, implic

per o níve

erminação

1. Através

adiabát

2. Em seg

3. Por fim

seca da

de Insta

ura 4. Estr

ente.

ituto de Ciên

ilidade La

rcela de a

cando em

l de conve

o no diagra

s da tang

tica satura

guida, é plo

m, quando

a etapa 1,

abilidade L

rutura ver

Diagncias Atmosf

atente

ar é levant

redução d

ecção conti

ama (Figu

gente do

ada localiz

otado o pe

o perfil de

no ponto

Latente.

rtical da at


tada, ao c

do resfriam

inuará asc

ra 4):

perfil de

zada na su

erfil da tem

e Tw fica

em que in

tmosfera c


condensar-

mento da p

cendendo.

T, deve-

ua esquerd

mperatura

na direita

nterceptam

com condiç


-se, ela irá

parcela. E

se escolh

da;

do bulbo ú

a da curva

m é determ

ção de Inst


á liberar c

Esta parcel

e a curva

úmido (Tw

a da adiab

minado o n

tabilidade

cações UFAL)

11

calor

la ao

a da

w)

ática

nível

e

3

Este

força

mon

Proc

1

2

3

Figu

Pote

Insti

3.4. Instabi

e índice re

ada a se

ntanhas) ou

cedimento

1. Conhec

medida

2. Levanta

seguind

levanta

de mist

caso, so

3. Verifica

com a a

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encial.

ituto de Ciên

ilidade Po

epresenta

er levanta

u por siste

no diagra

cida a elev

a em hPa (

a-se cada

do os mesm

ada seco-ad

tura. Lem

obe-se tudo

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anterior pa

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Diagncias Atmosf

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a instabi

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ama (Figur

vação que

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camada (

mos interv

diabaticam

mbre-se de

o pela curv

va estratifi

ara ver se

rtical da at


lidade cau

ramente,

tais.

ra 5):

e a parcel

mação para

(de acordo

valos vert

mente, a cu

e que Td n

va de T;

ficação da

sofreu ins

tmosfera c


usada num

seja por

la sofrerá

a atmosfer

com a re

ticais nest

urva de Td

não pode

camada l

stabilizaçã

com condiç


ma camad

efeito o

(em m) e

a padrão é

solução da

te nível. A

d é levanta

ser maior

evantada,

ão ou estab

ção de Inst


da de ar q

orográfico

estima-se

é aceitável

a radiosso

A curva de

ada pela r

r que T, n

, e compar

bilização.

tabilidade

cações UFAL)

12

que é

(ex.

essa

l);

onda)

e T é

razão

neste

ra-se

e


13

4. Referências utilizadas

Mota, A. J. S. Sounding data and plots for dummies. Disponível em: http://mota.no.sapo.pt/air/sonda.pdf . Acesso em: 28/06/2010;

Silva, M. C. L. da. Apostila: Diagrama Termodinâmico (skew-t). 2009, Estágio PAE, Universidade de São Paulo. Disponível em http://www.dca.iag.usp.br/www/material/fgoncalv/aca324/apostila_diagrama.pdf . Acesso em: 06/07/2010;

Sket-T, Log-P diagram analysis procedures. 2001, Disponível em: http://www.met.tamu.edu/class/atmo251/Skew-T.pdf. Acesso em: 12/07/2010;

The use of the skew T log P diagram in analysis and forecasting. 1979, Air Weather Service, Scott Air Force Base, Illinois. Disponível em: http://www.iwakuni.usmc.mil/organizations/station/weather/PUBLICATIONS/AF_SkewT_manual.pdf. Acesso em: 19/07/2010.

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