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Meteorologia Sinótica. Conceitos Gerais. Movimentos Atmosféricos (Aspectos Físicos e Observações) Revisão de Conceitos Básicos Forças Fundamentais Sistema de Equações Atmosféricas (noções matemática) Ventos Teóricos Geostrófico, Gradiente, Ciclostrófico, térmico Variação vertical do vento - PowerPoint PPT Presentation
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Meteorologia SinóticaMeteorologia Sinótica
Conceitos Gerais. Movimentos Atmosféricos (Aspectos Físicos e Observações)
Revisão de Conceitos Básicos
Forças Fundamentais
Sistema de Equações Atmosféricas (noções matemática)
Ventos Teóricos
Geostrófico, Gradiente, Ciclostrófico, térmico
Variação vertical do vento
Ventos Observados
Ventos locais
Ventos Globais
Estrutura de Altas e Baixas Pressões
Movimentos AtmosféricosMovimentos Atmosféricos
Atmosfera
Atmosfera
GeraçãoTransformação
Destruição
Energia Potencial
Energia Cinética
Movimentos Atmosféricos
Fonte de Calor
Sol CalorMovimentos Atmosféricos
Circulação Atmosférica
Movimentos AtmosféricosMovimentos Atmosféricos
x
Ventos
Medidos; Eficientes transportadores de Calor,
Massa e Momentum
Componente Horizontal
Componente Vertical
Freqüentemente estimados, são importantes para formação de
nuvens e chuvas
zy
Conceitos BásicosConceitos Básicos
Velocidade Angular
Taxa de giro de um sistema em torno de um ponto de referência. No caso da Terra:
t___ = VS
t___ = e
Como S = r ,
V = r
Velocidade Angular da terra
~ 7,3x 10-5 rad/s
Velocidade Linear
Raio da terra
Conceitos BásicosConceitos Básicos
Aceleração Aceleração da Partículada Partícula
Na forma VetorialNa forma Vetorial
Sinal negativo, a é Sinal negativo, a é dirigido p/ o centro Odirigido p/ o centro O
Força Força CentrípetaCentrípeta
Para um corpo deslocar-se em trajetória curva (mudando a direção) e mantendo constante o módulo do vetor velocidade, alguma torça deverá estar continuamente atuando sobre o mesmo, para modificar a direção do vetor velocidade.
a = V = 2 V =
t___ =
Admitindo V1 = V2 = V (em módulo)
a t = V V
___ a
t___ = ,
r___V2
a = - 2 r
Como
Primeira lei de NewtonPrimeira lei de Newton, um corpo em movimento continuará em movimento, com velocidade constante, a menos que uma força resultante externa atue sobre ele.
Conceitos BásicosConceitos Básicos
( r V ) é CtePela lei da conservação Pela lei da conservação do momento angulardo momento angular
r aumenta, V diminui
r diminui, V aumenta
Conservação do Momento Angular
O momento angular de um sistema permanece constante, a menos que seja aplicado um torque externo a esse sistema
Considerando uma partícula em movimento circular com
V cte
L = r x m V = r . mV . sen(90°) j
Tomando-de o módulo de L por unidade de massa
A força centrípeta é única força responsável por esse movimento circular (velocidade cte em módulo), é dirigida para a origem e não imprime torque à partícula
L = r V = r 2
Conceitos BásicosConceitos Básicos
( r V ) é CtePela lei da conservação Pela lei da conservação do momento angulardo momento angular
r aumenta, V diminui
r diminui, V aumenta
ExperiênciaExperiência, pessoa girando uma pedra presa a um fio que se enrola
com o tempo...
V1
t=1V2
t=2 t=3
V3
Conceitos BásicosConceitos Básicos
Exemplo 1: Parcela no Equador, em repouso em relação Parcela no Equador, em repouso em relação a superfície da Terraa superfície da Terra
V = Rt
Conservação do Momento Angular
No caso da Terra, parcelas de ar giram em eixos perpendiculares ao eixo de rotação
L = Rt2 cos2 ()
LatitudeRaio da Terra
Se essa parcela é forçada a se deslocar até 60N, Se essa parcela é forçada a se deslocar até 60N, pela lei da conservação do momento angular:pela lei da conservação do momento angular:
V´ = V / cos() V´ = V / cos(60) V´ = 2V
Exemplo 2:
parcela, inicialmente em repouso no equador, terá uma velocidade na direção parcela, inicialmente em repouso no equador, terá uma velocidade na direção
oeste-leste (em relação à Terra) cada vez maior, ao se desloca em direção aos pólosoeste-leste (em relação à Terra) cada vez maior, ao se desloca em direção aos pólos
FORÇAS FUNDAMENTAIS QUE FORÇAS FUNDAMENTAIS QUE ATUAM NA ATMOSFERA ATUAM NA ATMOSFERA
Forças preponderantes na atmosfera
Segunda lei de Newton
Taxa de variação do "momentum" (quantidade de movimento) de um sistema é igual à soma de todas as forças que nele atuam
Considerando a rotação da Terra:Referencial não-inercial (forças
"aparentes" devem ser adicionadas para que a
segunda lei de Newton possa a ser aplicada )
coriolis
força centrífuga
gravitacional
devida ao gradiente de pressão
fricção
Referencial inercial
(estrelas fixas)
FORÇAS FUNDAMENTAIS QUE FORÇAS FUNDAMENTAIS QUE ATUAM NA ATMOSFERA ATUAM NA ATMOSFERA
Gravitacional Força de atração exercida pela Terra sobre um corpo de massa m sobre a superfície. Orientada p/ o centro da Terra.
Centrífuga Surge exclusivamente devido a rotação da Terra, para equilibrar o sistema.
Coriolis Ocorre quando um corpo se movimenta em relação a um referencial não inercial (Terra em rotação).
Existe devido a diferença de pressão. Orientada das altas pressões paras as baixas pressões (contrário do gradiente)
Gradiente de Pressão
Fricção Devido a “rugosidade” da Terra. Atua no sentido de frear os movimentos atmosféricos próximo a superfíie da Terra.
Sistema de Equações Atmosféricas
Equação do Movimento (momentum)(momentum)
Movimentos Atmosféricos governados por 3 princípios básicos: Conservação de massa,
momentum e energia
Equação da Continuidade (massa)(massa)
Equação da Energia Termodinâmica (energia)(energia)
rFgpVxdt
Vd *1
2
qdt
dc
dt
dTc pv
* Força Centrípeta combinada com a gravitacional
0.1
Vdt
dp
d
FricçãoGravidade
Gradiente Pressão
Coriolis
Aceleração do
movimento
Equação do Movimento
* Força Centrípeta combinada com a gravitacional
Conservação de momentummomentum
rFgpVxdt
Vd *1
2
V
yVzV
xVi
jk
kVjViVV zyx
Análise de Escala
Sinótica Parâmetros típicos de Escala sinótica
U ~ 10 ms-1 p/ ~ 103 ms-2
W ~ 10-2 ms-1 L/U ~ 105s
L ~ 106 m a ~ 107m
D ~ 104 m fo ~ 10-4
A B C D E FComponente X du -2vsen + 2wcos + uw - uvtg = -1p
dt a a x
Componente Y dv -2usen + vw - u2tg = -1p dt a a y
U2 foU foW UW U2 p
10-4 10-3 10-6 10-8 10-5 10-3
Vento Geostrófico
Aproximação Geostrófica
Balanço entre a força de coriolis e do gradiente de pressão
HN
Baixa
Alta
Fco
Fp
Vg
Holton (1979)• Vento gira paralelo as isóbaras ou isoípsas (igual geopotencial) deixando valores mais altos a esquerda (HS) • Aproximação geostrófica em latitudes média permite estimar vento com erro de 10 a 15%• Não tem aplicação prática na Região Tropical
Vento Gradiente
Aproximação Gradiente
Balanço entre a força de coriolis e do gradiente de pressão e centrífuga
• Torna-se mais fraco próximo ao centro de Alta pressão • Melhor aproximação do vento em regiões tropicais (ex: Ciclones tropicais)
B
Equador
FcoFp
FceFco
FpFco
A
HN
Vento Ciclostrófico
Aproximação Ciclostrófica
Balanço entre a força gradiente de pressão e centrífuga
• caso particular do vento gradiente (Coriolis é desprezada em relação ao gradiente de pressão). • escoamento atmosférico curvo com escala horizontal pequena (Ex: tornados – raio ~300m e ventos fortes ~ 30m/s = 108Km/h) • Só pode ocorrer em torno de uma BAIXA PRESSÃO• Em pequenos vórtices (redemoinhos) coriolis não é importante
Equador
B
FcoFp
Fce
HN
Vento Térmico
• Sopra paralelo as isotermas (isolinhas de espessura)• Somente existe se houver um gradiente horizontal de temperatura• Tem a mesma direção das isolinhas de espessura (1000-500) • Deixa AR FRIO a DIREITA e AR QUENTE a ESQUERDA - HS
VT = Vg1 – Vg2
Diferença entre o vento geostrófico de dois níveis de pressão (superior (1) – inferior (2))
5.300
5.400
5.500
5.600
5.700
5.800
0 100 200 300 400 500 600
5.500 5.400 5.300 5.200 5.100 5.000 4.900
Z2 (1000 hPa)
Z1 (
500
hP
a)
Espessura entre 1000 e 500 hPa
Vg2
Vg1
VT
-Vg2
Variação do vento com a Altura
• Advecção Quente (fria): ângulo entre Vg2 e Vg1 sofreu uma variação anti-horária (horária) no HS. Inverso no HN. • Advecção fria: temperatura da camada diminui rapidamente c/ altura, gerando instabilidade• Advecção Quente: temperatura aumenta c/ altura, estabilidade
Vg1 = VT + Vg2
Conhecendo campo de temperatura e vento numa superfície mais baixa (p2) posso estimar Vg1 na superfície mais alta
T0 +1
Situação 1Situação 1 Situação 2Situação 2Advecção QuenteAdvecção Quente
T0
T0 +20
0 +1
VT
Vg2
Vg1
T0
T0 +2
T0 +40 0 +1
VT
Vg2
Vg1
Ar Frio
Ar Quente
Exemplos
Vento Gradiente
Vento Geostrófico
VT
VT
VT
VT
VT
Exemplos
Vento Gradiente
Vento Geostrófico
Exemplos
Vg2 Vg1
Vg2Vg1
Giro horário: advecção fria
Giro anti-horário: advecção quente
Equação da Continuidade
* Considerando o ar incompressível ( é constante)
Conservação de massamassa
Convergência de massa
. V < 0
Sem convergência ou
divergência
Divergência de massa
. V > 0
Redução da densidade
(aquecimento ou redução pressão)
d/dt < 0
é constante*
Variação da pressão com o
tempo
Termo de Divergência
0.1
Vdt
dp
d
Aumento da densidade
(resfriamento ou aumento da pressão)
d/dt < 0
Exemplos ETA
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