pressão atmosférica e ventos meteorologia .98 6 pressão atmosférica e ventos iccitur icis is

Download PRESSão ATMoSFéRICA E VENToS Meteorologia .98 6 Pressão Atmosférica e Ventos iccitur icis is

If you can't read please download the document

Post on 24-Nov-2018

214 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Licenciatura em cincias USP/ Univesp

    6.1 Introduo6.2 Presso Atmosfrica

    6.2.1 Ajuste da Presso ao Nvel Mdio do Mar (PNMM) 6.2.2 A Equao do Estado 6.2.3 Variao Vertical e Horizontal da Presso

    6.3 Ventos6.3.1 Direo e Velocidade do vento

    6.4 Foras que Influenciam os Ventos6.4.1 As Leis do Movimento de Newton 6.4.2 Fora do Gradiente de Presso 6.4.3 A Fora de Coriolis

    6.5 Ventos acima da Camada de Atrito 6.5.1 Vento Geostrfico 6.5.2 Vento Gradiente

    6.6 Ventos em superfcie 6.6.1 Fora de Atrito

    6.7 Movimento Vertical Referncias

    Rita Yuri YnoueMichelle S. Reboita

    Trcio Ambrizzi Gyrlene A. M. da Silva

    Nathalie T. Boiaski

    PRESSo ATMoSFRICA E VENToS6

    Met

    eoro

    logi

    a

  • 97

    Meteorologia

    Licenciatura em Cincias USP/Univesp Mdulo 2

    6.1 IntroduoEste texto aborda a presso atmosfrica e como esta grandeza varia verticalmente e hori-

    zontalmente. Veremos tambm como surgem os ventos, as foras que originam e interferem

    nas condies de vento na superfcie e em altitude, assim como os movimentos verticais na

    atmosfera. Estes, por sua vez, so responsveis pela formao de diferentes sistemas atmosfricos

    que sero discutidos no texto Sistemas Atmosfricos.

    6.2 Presso Atmosfrica A presso atmosfrica , simplesmente, a presso exercida pelo peso da coluna d ar sobre uma

    dada superfcie.. Fisicamente, representa o peso que a atmosfera exerce por unidade de rea. Como a

    fora gravitacional (fora exercida pela Terra sobre um corpo) favorece uma maior concentrao das

    molculas de ar em direo superfcie terrestre, a atmosfera ser mais densa prximo a ela Figura 6.1).

    Observando-se a Figura 6.1, nota-se que, se fossem realizados

    cortes horizontais nela, mais molculas seriam encontradas sobre o

    corte mais prximo da superfcie (maior densidade) e menos sobre o

    corte em maior altitude (menor densidade).

    Para medir a presso atmosfrica, os meteorologistas usam

    a unidade de fora chamada Newton, que corresponde fora

    necessria para acelerar um quilograma de massa em um metro por

    segundo ao quadrado, N = kg m s-2. Ao Nvel Mdio do Mar

    (NMM), a atmosfera exerce uma fora de 101.325 Newtons por

    metro quadrado. Para simplificar esse nmero, o National Weather

    Service dos Estados Unidos adotou o milibar (mb), que igual a

    Neste ponto, importante recordar o conceito de densidade, que a medida do grau de concentrao de massa num determinado volume.

    Figura 6.1: Concentrao das molculas de ar em direo superfcie terrestre. / Fonte: adaptado de AguAdo; Burt, 2010.

  • 98

    6 Presso Atmosfrica e Ventos

    Licenciatura em Cincias USP/Univesp Mdulo 2

    100 Newtons por metro quadrado. Assim, a Presso ao Nvel Mdio do Mar (PNMM) tem o

    valor de 1.013,25 milibares. A Organizao Meteorolgica Mundial (OMM) recomenda o uso

    do milibar e o adota como unidade internacional no intercmbio de informaes meteorolgicas.

    Em 1643, Evangelista Torricelli, um estudante do famoso cientista Galileu, inventou o

    primeiro instrumento para medir a presso atmosfrica: o barmetro de mercrio. Torricelli

    descreveu a atmosfera como um vasto oceano de ar, que exerce presso sobre a superfcie

    terrestre. Para medir essa fora, ele usou um tubo de vidro totalmente preenchido de mercrio.

    Ao inverter o tubo, colocando-o num recipiente tambm com mercrio, Torricelli observou

    que o mercrio deixava o tubo (flua para o recipiente) at o

    momento em que o peso da coluna de mercrio estivesse

    balanceado com a presso exercida pelo ar acima sobre a

    superfcie do mercrio; em outras palavras, at que o peso da

    coluna de mercrio se igualasse ao peso de uma coluna de ar

    de igual dimetro, que se estendia da superfcie ao topo da

    atmosfera.Torricelli notou que, quando a presso do ar

    aumentava, o mercrio subia no tubo, e ocorria o contrrio

    quando a presso diminua (Figura 6.2). Portanto, o compri-

    mento da coluna de mercrio tornou-se uma medida da

    presso atmosfrica. Com o passar do tempo, o barmetro de

    Torricelli foi aprimorado e hoje, alm de barmetros, tambm

    existem os bargrafos. Uma descrio desses instrumentos

    pode ser encontrada em Varejo-Silva (2006).

    No sistema internacional (SI) de unidades a unidade-padro da presso no sistema internacional (SI) de unidades o Pascal (Pa), que corresponde a um Newton por metro quadrado (N m-2). Nesta notao, uma atmosfera-padro tem o valor de 101.325 Pa (que corresponde a 1.013,25 hectopascais - hPa ou 101,325 quilopascais - kPa).

    Figura 6.2: Esquema ilustrativo do barmetro de mercrio de Torricelli. / Fonte: adaptado de grimm, 2011.

    http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/index.html

  • 99

    Meteorologia

    Licenciatura em Cincias USP/Univesp Mdulo 2

    6.2.1 Ajuste da Presso ao Nvel Mdio do Mar (PNMM)

    No possvel comparar diretamente os valores da presso atmosfrica coletados em locais

    com diferentes altitudes na superfcie do planeta, pois os valores da presso das localidades mais

    elevadas sero sempre menores do que os das demais. Isso ocorre porque, sobre as localidades

    mais altas, a coluna atmosfrica menor e, portanto, o peso dessa coluna menor (Figura 6.3).

    Os valores de presso medidos em superfcies com diferentes alturas so comparveis quando

    o efeito do relevo eliminado. Para isso, aplica-se uma correo aos valores observados da

    presso atmosfrica para que estes se ajustem a um dado nvel de referncia, em geral, o NMM.

    Em locais com altitudes positivas, ou seja, acima do NMM, essa correo consiste em adicionar

    certo incremento ao valor da presso observada superfcie. J, no caso de locais com altitudes

    negativas (abaixo do NMM), a presso observada seria diminuda como forma de compensar

    a camada de ar que, teoricamente, deixaria de existir acima deles. A eliminao do efeito da

    altitude no trivial, pois necessrio estimar as propriedades fsicas da atmosfera na camada

    hipottica que separa uma determinada superfcie do NMM.

    Figura 6.3: Valores da presso atmosfrica em locais com diferentes altitudes. / Fonte: adaptado de Lutgens; tArBuck, 2010.

  • 100

    6 Presso Atmosfrica e Ventos

    Licenciatura em Cincias USP/Univesp Mdulo 2

    6.2.2 A Equao do Estado

    A experincia diria das pessoas indica que os gases tendem a se expandir quando aquecidos

    e a se tornar mais densos quando resfriados. Isso sugere que a temperatura, a densidade e

    a presso estejam relacionadas. Tal relao descrita pela equao do estado apresentada no

    item 5.2 do texto Estabilidade Atmosfrica, Nuvens e Precipitao e reproduzida aqui:

    6.1

    onde p a presso (Pa); r, a densidade; T, a temperatura do ar (K) e R uma constante igual a 287 Joules por quilograma por Kelvin ( J Kg1r1).

    Segundo a equao,

    a. se a densidade do ar aumentar (isto , se mais ar for adicionado a um elemento de volume) enquanto a T mantida constante, a presso aumentar.

    b. similarmente, em densidade constante, um aumento na temperatura implica um aumento da presso.

    No caso (b), o aumento da presso ocorre porque o aumento da temperatura uma fonte

    de energia para as molculas de ar, que se tornam mais agitadas e acabam exercendo presso

    (imagine as molculas de ar colidindo nas paredes da Figura 6.1; em outras palavras, elas esto

    exercendo presso). A discusso a seguir usa os conhecimentos da equao do estado.

    Como a atmosfera complexa, os cientistas criam modelos em que eliminam algumas das

    suas complexidades a fim de entenderem os processos da natureza. Ahrens (2000) apresenta

    um modelo para o entendimento da formao de regies de alta e baixa presso na atmosfera.

    A Figura 6.4 mostra um modelo da atmosfera constitudo por uma coluna de ar estendendo-se

    para cima na atmosfera, com molculas de ar representadas por pontos.

    Nesse modelo, assume-se:

    1. que as molculas de ar no estejam mais concentradas na superfcie e, portanto, a densi-dade do ar permanece constante desde a superfcie at o topo da coluna (ao fazer cortes

    horizontais na Figura 6.4, o nmero de molculas ser igual em todos os cortes);

    2. que a largura da coluna no varie.

    p = r R T

  • 101

    Meteorologia

    Licenciatura em Cincias USP/Univesp Mdulo 2

    Vamos supor que, de alguma maneira, certa quantia de ar seja forada a entrar na coluna

    (Figura 6.4). Com isso, surge a questo: o que aconteceria com a coluna?

    Se a temperatura na coluna no for modificada, a adio do ar tornaria a

    coluna de ar mais densa implicando num aumento da presso do ar na superfcie.

    Da mesma forma, se uma grande quantidade de ar fosse removida da coluna, a

    presso do ar na superfcie diminuiria. Agora vamos considerar, para o modelo da

    Figura 6.5, as mesmas suposies feitas para o modelo da Figura 6.4.

    Imagine que as duas colunas de ar na Figura 6.5a estejam localizadas numa mesma altitude

    e que possuam os mesmos valores de presso superfcie. Essa condio indica que existe o

    mesmo nmero de molculas em cada coluna sobre ambas as cidades. Tambm considere que

    a presso do ar superfcie nas duas cidades permanea a mesma, e que enquanto o ar sobre a

    cidade 1 resfriado e sobre a cidade 2 aquecido (Figura 6.5b).

    medida que o ar na coluna 1 se resfria, as molculas se movem mais devagar e se juntam

    (nesse caso, o ar se torna mais denso). No ar mais aquecido, acima da cidade 2, as molculas se

    movem mais rapidamente e se afastam (nesse caso, o ar se torna menos denso). Como estamos

    consideran

Recommended

View more >