Tópico 3 – Água no ar

Profa.: Rita Ynoue

Revisão das aulas passadas

• Tópico 1:– Evolução da atmosfera terrestre– Composição química

• Tópico 2: Temperatura– Escalas de temperatura– Diferença entre tempo e clima– Estrutura vertical da atmosfera– Variação diurna da temperatura– Estações do ano

Escalas de temperatura

O ponto zero da escala Kelvin (zero absoluto) corresponde, ao menos teoricamente, à temperatura na qual cessa o movimento molecular e o objeto não emite radiação eletromagnética. Não há temperaturas abaixo dessa.

373212100Ponto de

ebulição da água

273 320Ponto de fusão do

gelo

Kº Fº C

Camadas da atmosferaCamadas da atmosfera

Tendo como base a Tendo como base a variação da variação da temperatura com a temperatura com a altura, a atmosfera altura, a atmosfera divide-se em 4 divide-se em 4 camadas:camadas:

1. Troposfera1. Troposfera2. Estratosfera2. Estratosfera3. Mesosfera3. Mesosfera4. Termosfera4. Termosfera

Esquema da Órbita da Terra em torno do Sol

Eclíptica Sol

6

7

9

10

8

1112

13

14

15

16

17

18

Trajetóriasdiurnasdo Sol

Leste

Oeste

N S

Inverno

17

7

Verão

19

5

Pri/Out

Sol da meia-noite

Aula de hoje: Umidade do ar

A água é a única substância que ocorre nas três fases na atmosfera e a Terra é o único planeta do sistema solar onde isso acontece. A água na atmosfera e suas mudanças de fase desempenham papel importantíssimo em diversos processos físicos naturais:

Umidade do ar

• Transporte e distribuição de calor (ciclo hidrológico)

• Absorção de comprimentos de onda da radiação solar e terrestre

• Condensação (Orvalho, nuvens, chuva)

• Evaporação

Consumo de energia na superfície pela evaporação

(ex: resfriamento da pele pela evaporação do suor)

Liberação de energia na atmosfera devido à

condensação

Neste momento, está ocorrendo evaporação? Ou...

http://www.tapintoquality.com/facts/glossary/evaporation.jpg

... a evaporação só ocorre a 100oC?

http://www.school-for-champions.com/science/images/evaporation.gif

O que ocorre a 100oC?

http://www.nasa.gov/images/content/115722main_k_evaporation.gif

E condensação?

http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter7/graphics/saturate2.free.gif

http://www.geog.ucsb.edu/~joel/g110_w08/lecture_notes/water_vapor/agburt05_01c.jpg

http://www.mwit.ac.th/~physicslab/hbase/kinetic/imgkin/vapp3.gif

Umidade do ar• Principal fonte: oceano tropical• Moléculas de vapor d’água acima da superfície de água

líquida se movem em todas as direções. Aquelas que estão próximas da superfície de água e movendo-se em direção à superfície podem retornar à água líquida.

• Da mesma forma, há sempre moléculas de água líquida com energia suficiente para deixar a superfície, evaporando.

• Quando o número de moléculas que evapora é igual ao número de moléculas que condensam, a atmosfera acima da superfície d’água se encontra saturada.

Umidade do ar

• A pressão de saturação do vapor depende da temperatura

Umidade relativa

• A UR indica quão próximo o ar está da saturação, ao invés de indicar a real quantidade de vapor d’água no ar.

• APENAS PARA VISUALIZAÇÃO: dissolvendo sal na água...– Variando o conteúdo de sal até chegar à

saturação (à temperatura constante)– Variando a temperatura, varia a quantidade de

sal que “satura” a solução.

Quanto maior a temperatura, maior quantidade de vapor d’água pode ser “retida”.

Variação da UR

Variações da umidade relativa causadas por variações da temperatura ocorrem na natureza tipicamente por:

        1) variação diurna da temperatura;         2) movimento horizontal de massa de ar;         3) movimento vertical de ar.

Temperatura do ponto de orvalho

• Td• É a temperatura até a qual o ar deve se

resfriar para atingir seu ponto de saturação• É um bom indicador do conteúdo de vapor

d’água no ar.

Como obter a Td?

http://biomet.ucdavis.edu/frostprotection/Measure%20Dewpoint/image002.gif

Outra forma de se obter a UR:

• Temperatura de bulbo úmido (Tw)A temperatura de bulbo úmido cai, devido ao calor retirado para evaporar a água. O seu resfriamento é diretamente proporcional à secura do ar. Quanto mais seco o ar, maior o resfriamento. Portanto, quanto maior a diferença entre as temperaturas de bulbo úmido e de bulbo seco, menor a umidade relativa; quanto menor a diferença, maior a umidade relativa. Se o ar está saturado, nenhuma evaporação ocorrerá e os dois termômetros terão leituras idênticas.

Diferença entre Td e Tw• Note-se que a temperatura de ponto de orvalho não

deve ser confundida com a temperatura de bulbo úmido. Elas não são iguais.

• A temperatura de bulbo úmido é determinada induzindo-se resfriamento por evaporação.

• A temperatura de ponto de orvalho é obtida pelo resfriamento do ar até atingir o ponto de saturação.

• Exceto na saturação, a temperatura de bulbo úmido é maior que a de ponto de orvalho. Quando o ar está saturado, a temperatura de bulbo úmido, de ponto de orvalho e do ar ambiente são as mesmas.

http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap5/cap5-5.html

Atividade: Calcular a UR a partir de T e Tw

Data Hora Tw (°C) Radiação ChuvaUTC HL Inst. Máx. Mín. INST Inst. Máx. Mín. Inst. Máx. Mín. Inst. Máx. Mín. Vel. Dir. Raj. (kJm²) (mm)

4/6/2009 3 0 9,0 9,4 9 7,6 83 83 81 6,3 6,4 6,2 932 932 931,8 1,4 69° 2,8 -3,54 0.04/6/2009 4 1 8,5 9 8,5 7,4 86 86 83 6,3 6,4 6,2 931,7 932 931,7 1,3 73° 2,5 -3,54 0.04/6/2009 5 2 8,2 8,6 8,2 7,1 86 87 86 6,1 6,4 6,1 931 931,7 931 1,5 42° 2,9 -3,54 0.04/6/2009 6 3 8,0 8,2 7,9 6,9 86 87 86 5,8 6,1 5,7 930,8 931 930,7 2 65° 4,3 -3,54 0.04/6/2009 7 4 7,8 8,1 7,8 6,7 86 86 85 5,6 5,9 5,5 930,5 930,9 930,5 2,8 69° 5,4 -3,54 0.04/6/2009 8 5 7,4 7,8 7,4 6,5 88 88 86 5,6 5,8 5,6 930,2 930,5 930,2 2 66° 5,4 -3,54 0.04/6/2009 9 6 6,8 7,5 6,8 6,2 93 93 88 5,7 5,8 5,6 930,6 930,6 930,2 2,7 73° 7,5 -2,65 0.04/6/2009 10 7 7,3 7,4 6,8 6,7 92 93 92 6,2 6,3 5,8 931,2 931,3 930,6 3,6 72° 7,5 8.808 0.04/6/2009 11 8 8,0 8 7,3 7,1 89 92 89 6,2 6,4 6,1 931,6 931,6 931,2 2,5 78° 6,3 230,5 0.04/6/2009 12 9 9,5 9,7 8 7,7 79 89 79 6,1 6,6 6 931,7 931,8 931,5 2,7 68° 5,7 1073 0.04/6/2009 13 10 11,8 12,1 9,2 9,0 71 82 68 6,6 6,9 5,9 931,7 931,9 931,6 2,2 77° 5,8 1857 0.04/6/2009 14 11 14,4 14,5 11,8 10,2 59 71 58 6,6 6,9 5,9 930,8 931,7 930,8 2 62° 4,2 2313 0.04/6/2009 15 12 17,3 17,8 14,4 10,6 43 59 43 4,7 6,9 4,7 929,8 930,8 929,8 1,3 12° 4,2 2548 0.04/6/2009 16 13 19,4 19,7 17,2 10,3 31 45 29 1,6 5,6 0,1 928,3 929,8 928,3 2,2 352° 6,4 2581 0.04/6/2009 17 14 20,5 20,8 19,3 10,8 29 32 28 1,6 2,8 0,5 927,5 928,3 927,5 2,9 328° 8 2341 0.04/6/2009 18 15 21,3 21,5 20,5 11,0 26 29 25 1,3 2,1 0,3 927,2 927,5 927,2 2,6 353° 6,7 1845 0.04/6/2009 19 16 21,3 21,7 21,1 10,7 25 27 23 0,3 1,2 -0,6 927,2 927,3 927,1 1,9 303° 6,2 1167 0.04/6/2009 20 17 19,8 21,5 19,8 10,0 27 27 22 0 0,3 -1,6 927,7 927,7 927,2 1,5 306° 6,1 304,8 0.04/6/2009 21 18 18,4 19,8 18,4 9,9 33 33 27 1,8 1,8 0 927,9 927,9 927,7 1,4 327° 3 4.767 0.04/6/2009 22 19 16,1 18,4 16,1 9,8 44 44 33 4 4 1,7 928,2 928,3 927,9 1,8 19° 3,2 -3,54 0.04/6/2009 23 20 15,3 16,1 15,1 9,7 50 50 44 4,8 4,8 4 928,9 928,9 928,2 1,9 39° 3,4 -3,54 0.05/6/2009 0 21 14,2 15,4 14,2 9,5 56 56 50 5,4 5,8 4,9 929 929 928,9 1,2 38° 3,3 -3,54 0.05/6/2009 1 22 13,9 14,2 13,4 9,2 55 59 55 5 5,6 5 928,9 929,1 928,9 0,9 359° 2,5 -3,54 0.05/6/2009 2 23 12,9 14,1 12,9 9,0 60 60 53 5,5 5,5 4,7 928,7 929 928,7 1 37° 1,8 -3,54 0.0

Vento (m/s)Temperatura Umidade (%) Pto. Orvalho (°C) Pressão (hPa)

Data Hora Temper Tw (°C) Depress UR (%) UR (%)4/6/2009 0 9,0 7,6 T -Tw 834/6/2009 1 8,5 7,4 864/6/2009 2 8,2 7,1 864/6/2009 3 8,0 6,9 864/6/2009 4 7,8 6,7 864/6/2009 5 7,4 6,5 884/6/2009 6 6,8 6,2 934/6/2009 7 7,3 6,7 924/6/2009 8 8,0 7,1 894/6/2009 9 9,5 7,7 794/6/2009 10 11,8 9,0 714/6/2009 11 14,4 10,2 594/6/2009 12 17,3 10,6 434/6/2009 13 19,4 10,3 314/6/2009 14 20,5 10,8 294/6/2009 15 21,3 11,0 264/6/2009 16 21,3 10,7 254/6/2009 17 19,8 10,0 274/6/2009 18 18,4 9,9 334/6/2009 19 16,1 9,8 444/6/2009 20 15,3 9,7 504/6/2009 21 14,2 9,5 564/6/2009 22 13,9 9,2 554/6/2009 23 12,9 9,0 60

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 220,5 93 93 94 94 94 94 94 95 95 95 95 95 95 95 96 96 96 961,0 86 87 87 88 88 89 89 89 90 90 90 90 91 91 91 91 92 921,5 80 80 81 82 82 83 83 84 84 85 85 86 86 86 87 87 87 882,0 73 74 75 76 77 77 78 79 79 80 81 81 82 82 83 83 83 842,5 67 68 69 70 71 72 73 74 75 75 76 77 77 78 78 79 79 803,0 60 62 63 64 66 67 68 69 70 71 71 72 73 74 74 75 76 763,5 54 56 57 59 60 62 63 64 65 66 67 68 69 70 70 71 72 724,0 48 50 51 53 55 56 58 59 60 62 63 64 65 66 66 67 68 694,5 41 44 46 48 50 51 53 54 56 57 58 60 61 62 63 63 64 655,0 35 38 40 42 44 46 48 50 51 53 54 55 57 58 59 60 61 625,5 29 32 35 37 39 41 43 45 47 48 50 51 53 54 55 56 57 586,0 24 27 29 32 34 37 39 41 43 44 46 47 49 50 51 53 54 556,5 18 21 24 27 29 32 34 36 38 40 42 43 45 46 48 49 50 527,0 12 16 19 22 25 27 30 32 34 36 38 40 41 43 44 46 47 487,5 6 10 14 17 20 23 25 28 30 32 34 36 38 39 41 42 44 458,0 1 5 9 12 15 18 21 23 26 28 30 32 34 36 37 39 41 428,5 3 7 10 14 16 19 22 24 26 29 31 32 34 36 37 399,0 2 6 9 12 15 18 20 23 25 27 29 31 33 34 369,5 1 5 8 11 14 17 19 21 24 26 28 29 31 33

10,0 1 4 7 10 13 16 18 20 22 24 26 28 3010,5 3 6 9 12 15 17 19 21 23 25 2711,0 3 6 9 11 14 16 18 20 22 2411,5 2 5 8 11 13 15 17 20 21

Temperatura de bulbo seco (oC)

Dife

renç

a en

tre te

mpe

ratu

ra d

e bu

lbo

seco

e d

e bu

lbo

úmid

o (o C

)

UR (%) (p=930hPa)

Atividade

• Obter a UR a partir de dados de T e Tw• Plotar no mesmo gráfico da temperatura:

– Tw– UR

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

0 6 12 18

Hora Local

Tem

pera

tura

(oC

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Um

idade Relativa (%

)

Temperatura (°C) Tw (°C) Umidade Relativa (%)

Ciclo Diurno da UR

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

UR

(%)

abr mai jun

Variação temporal da umidade do ar - escala diária

Na escala diária praticamente não há variação de “Td” ao longo do dia. Entretanto, a UR varia continuamente ao longo do dia, chegando ao valor mínimo no horário de Tmax e a um valor máximo a partir do momento em que a temperatura se aproxima do ponto de orvalho (Td).

Desse modo, a UR tem uma variação inversa à da temperatura do ar (Ts), como pode-se observar na figura acima.

Variação temporal da umidade do ar -

escala anual

Na escala anual, a UR média mensal acompanha basicamente o regime de chuvas, pois havendo água na superfície haverá vapor d´água no ar. Observa-se na figura que a UR média mensal é maior na estação chuvosa e menor na estação seca.

Variação espacial da umidade do ar

Também segue o regime de chuvas das regiões. No estado de São Paulo a UR média anual é maior na faixa litorânea e menor no norte e noroeste do estado.

Higrógrafos mecânicos

Os higrógrafos mecânicos, normalmente associados ao termógrafo bimetálico, usam como elemento sensor, para umidade do ar, o cabelo humano, o qual tem a propriedade de se dilatar e contrair em função da umidade do ar. Esses equipamentos são empregados para a obtenção de medidas contínuas nas estações meteorológicas convencionais e registram os valores de UR no higrograma. Esse equipamento requer calibrações freqüentes, pois o cabelo vai perdendo elasticidade com o tempo.

Temperatura do ar

Umidade Relativa do ar

Moisture Applet.mht

Referências

• Sentelhas, Angelocci: Agrometeorologia• INMet• Ahrens, Meteorology Today

MÉTODOS DE MEDIÇÃO

PSICRÔMETRO:São 2 termômetros juntos, um deles mergulhado em uma gaze molhada e o outro seco. São chamados de termômetros de bulbo úmido e seco.

O bulbo úmido é posto a se esfriar por evaporação. E a diferença dos 2 termômetros é tabelada como mostra a figura.

HIGRÔMETRO

Este é o aparelho mais utilizado para se medir UR. È feito normal/e de cabelo humano, que se expande cerca de 2.5% quando úmido.

Há também Higrômetro do ponto de orvalho.

ORVALHO, GEADA E NEVOEIROS

ORVALHO & GEADA

Em noites calmas e claras, objetos próximos à superfícies perdem calor rapidamente por irradiância IV. A superf. se esfria + rapidamente que o ar adjacente e ao entrar em contato. Eventualmente, se esfria até a saturação, e o vapor dentro deste se condensa sobre a mesma superf. Este é o pto. de orvalho. Se for até próximo a zero grau, há a formação da geada, que pode tanto ser por congelamento do orvalho como por sublimação.Alguma superfícies perdem calor mais facilmente, tais como gramados, carros, etc. No abrigo o termômetro pode estar até 2-3oC mais quente.

Quando há nuvens, estas bloqueiam a perda de IV e a formação de ambos é retardada ou cancelada.Orvalho e geadas estão associados com as Altas Pressões: anticiclones.

Geada branca vs geada negra.

Núcleos de Condensação (CCN)

Os aerossóis podem servir de núcleos de condensação onde ocorre a mudança de fase do vapor para o líquido.

Na atmosfera, esta mudança pode se dar ao nível do solo, na formação de nevoeiros, por ex., ou no nível de condensação por levantamento (NCL).

Nevoeiro/Neblina/Nevoa

Qdo a visibilidade fica abaixo de 1 km pode-se considerar a formação de nevoeiro. Se ficar abaixo de 30 m é considerado extra/e perigoso para o tráfego de carros.

Há diferenças (como nas nuvens) de nevoeiros próximos a oceanos e continentais/urbanos. Maiores núcleos, gotículas maiores e em menor quantidade, no primeiro caso.

Extremos de nevoeiro:Famoso caso de 1953 em Londres.

Névoa seca: a névoa seca é definida qdo a UR está abaixo de 100%, podendo atingir valores de 70%. CCN como sal marinho (NaCl), sulfatos (SO4

=) e nitratos (NO3-) são muito

higroscópicos, absorvem vapor até se tornarem “visíveis” .

Névoa úmida: formação sobre superfícies úmidas com UR igual a 100%.

Nevoeiro ou neblina: pode ser uma nevoa úmida mais profunda e larga. Um gde no. de CCN próximos à superfície na presença de UR =100% pode formar nevoeiros.

Tamanho das gotículas

Núcleos : até 30 m

Gotícula de nuvem: 20-70 m (nevoeiro até 30 m)

Gota de chuva : 300 a 6000 mGranizo: até 15 cm

FORMAÇÃO DE GOTAS DE NUVEM E CHUVA