Fenômenos atmosféricos

Fundamentos de Meteorologia – EAM 10Prof. Dr. Marcelo de Paula Corrêa

IRN/UNIFEI

• Massas de ar

• Frentes

• Ciclones tropicais

Massas de ar

• Possuem propriedades bem uniformes.

• Tais propriedades são relacionadas às características da superfície.

• T e U → equilíbrio termodinâmico → homogeneidade

• Formação por subsidência• conseqüência do afundamento do ar troposférico superior, que se

acumula à superfície (com alta pressão) → subsidência (S).• ao descer, o ar é comprimido adiabaticamente → massa de ar

quente e seca.

Massas de ar

• Nomenclatura• Local de formação

• equatorial (E), • tropical (T), • polar (P) • massa ártica ou antártica (A) → menos freqüentes

• Relação com a umidade• continental (c) → ar seco • marítima (m) → ar úmido

• Relação com o deslocamento da massa → perda de características originais (trocas diabáticas com a superfície / movimentos verticais).

• Se a massa é mais quente que a superfície: (w)• Se a massa é mais fria que a superfície: (k)

mT que se desloca sobre uma região + fria: mTw (estável)cP que se desloca sobre uma região + quente: cPk (instável)

Massa de ar oceânica formada na região tropical: mT

Massa de ar continental formada na região polar: cP

Massas de ar predominantes na América do Sul

• Equatorial Continental (cE): forma-se basicamente sobre a Região Amazônica, área dominada por baixas pressões. Nela predominam os movimentos convectivos, intensificados pela convergência dos alísios de NE e SE. Sua atuação estende-se bastante ao sul no verão, retraindo-se ao máximo no inverno.

• Equatorial Marítima (mE): ocorre sobre os oceanos Atlântico e Pacífico, resultante da convergência dos alísios (ZCIT). Como tal, desloca-se latitudinalmente ao longo do ano, atingindo latitudes de até 8°S no verão; no inverno retorna ao Hemisfério Norte, atuando, inclusive, sobre o extremo norte do continente sul-americano.

• Tropical Continental (cT): associada à baixa pressão predominante sobre a Região do Chaco, em conseqüência do grande aquecimento da superfície, especialmente no verão. Este superaquecimento continental dá origem a uma massa quente e seca, instável, apresentando intensa atividade convectiva, que se estende até 3.000 m. Apesar disso, as precipitações associadas são fracas, predominando céu pouco nublado, o que favorece ainda mais o aquecimento diurno e o resfriamento noturno.

Massas de ar predominantes na América do Sul

• Tropical Marítima (mT): associada aos anticiclones do Atlântico Sul e do Pacífico Sul. Os anticiclones, à superfície, induzem a subsidência do ar superior (quente e seco), sobrepondo-se ao ar úmido e menos aquecido que repousa sobre a superfície oceânica, dando origem a uma camada de inversão situada entre 500 e 1.500 m de altitude.

quenteseca

friaúmida

Formação de Cude peq extensão

Pouca chuvalitorânea / orográfica

verão

Massas de ar predominantes na América do Sul

• Tropical Marítima (mT): associada aos Anticiclones do Atlântico Sul e do Pacífico Sul. Os anticiclones, à superfície, induzem a subsidência do ar superior (quente e seco), sobrepondo-se ao ar úmido e menos aquecido que repousa sobre a superfície oceânica, dando origem a uma camada de inversão situada entre 500 e 1.500 m de altitude.

massa subsidente continental (cS)

deslocamento do anticiclone

do Atlântico Sul

céu claro ausência de chuvas

estação seca

invernoquenteseca

friaúmida

Massas de ar predominantes na América do Sul

• Massa Polar Marítima (mP): acha-se associada aos anticiclones migratórios que se localizam na região subantártica. Em virtude dos mecanismos de subsidência associados, a mP é originalmente muito estável, mas, à medida que se desloca para o norte ou para o nordeste, a inversão desaparece e a massa passa a ser instável. Embora existam em todas as estações, são mais intensas no inverno e por isso desempenham maior destaque sobre o conti nente nessa estação, quando suas incursões atingem as baixas latitudes.

• Massa Antártica Continental (cA): origina-se na mesma região durante todo o ano, isto é, sobre o Continente Antártico e áreas adjacentes permanentemente cobertas de gelo.

A mT do Pacífico exerce importante papel no tempo e no clima do Brasil, na estação do verão, por meio de um mecanismo que a associa com a cT. Nessa estação a mT do Pacífico

transborda sobre a Cordilheira dos Andes, indo alimentar a depressão do Chaco sob a forma de brisa de montanha. Excetuando esse fenômeno, a Cordilheira dos Andes

atua como um divisor entre as massas continentais a leste e as massas marítimas a oeste

Frentes

• Encontro entre duas massas de ar, de diferentes características → sobreposição de massa + quente ( - densa) sobre a + fria (+ densa)

• Superfície ou zona frontal pode ser caracterizada por uma ou mais propriedades descritas abaixo.

• Zona de fortes gradientes de temperatura, umidade, vorticidade e movimento vertical na direção perpendicular à frente.

• Gradientes descontínuos da escala sinótica. • Um mínimo relativo de pressão, isto é, uma "baixa" • Um máximo relativo de vorticidade ao longo da frente. • Uma zona de confluência ao longo da frente. • Forte cisalhamento vertical e horizontal ao longo da frente. • Mudanças rápidas das propriedades das nuvens e da precipitação

Frentes

• Critérios usados para localizar uma frente em uma carta de superfície

• forte mudança de temperatura em uma distância relativamente curta

• variações no conteúdo de umidade • variações na direção do vento • presença de nuvens e precipitação

• Etapas de formação das ondas frontais• origem (frontogênese)• desenvolvimento (formação de nuvens e precipitação)• dissipação (frontólise)

Frentes

a) Inicialmente, duas massas de ar de temperatura e umidade diferentes se encontram. Esse encontro é provocado pela presença de um gradiente de pressão que desloca uma massa na direção da outra. Do contato entre as massas, ocorre o aparecimento de uma frente no solo, separando o ar frio do ar quente

b) É iniciado um processo de trocas de propriedades, em conseqüência da interação das duas massas de ar. Surge, então, um pequeno distúrbio ao longo da frente. Isto ocorre mediante uma leve deflexão do escoamento, por instabilidade de qualquer corrente ou simplesmente por superposição de fluidos, aumentando ou diminuindo a pressão em determinado ponto ao longo da frente

Frentes

c) O jovem ciclone continua a desenvolver-se enquanto há disponibilidade de energia potencial para converter-se em energia cinética, aumentando a intensidade do sistema ciclônico. A partir da ciclogênese, a onda frontal passa a ter dois segmentos: a zona invadida pelo ar frio, FRENTE FRIA, e a região invadida pelo ar quente, FRENTE QUENTE d) Durante o desenvolvimento posterior do ciclone, a FF se sobrepõe a FQ. Inicia-se a OCLUSÃO do sistema. À medida que a oclusão continua a ocorrer, o ar quente é forçado a subir para níveis ainda mais elevados, resultando na gradual diminuição da energia potencial do sistema, provocando o abaixamento do centro de massa do sistema. Na prática, a diminuição da energia potencial significa uma conversão em cinética.

Frentes

e) O processo de oclusão prossegue e a circulação ciclônica torna-se mais simétrica.

f) Com a diminuição gradativa da energia potencial e a atuação da força de atrito, a onda frontal tende a dissipar-se, ocorrendo a frontólise. A frente oclusa tem pouco significado, além de uma pequena variação do vento à superfície. A circulação passa, então, a ser dominada por um vórtice ciclônico quase circular, embebido de ar frio.

Frentes

• Durante as diversas etapas de evolução do ciclone, à medida que ocorre a conversão de energia potencial em cinética, várias forças atuam no sistema.

• Força de Coriolis, responsável pelo sentido da circulação (anti-horária no HN e horária no HS)

• Força do gradiente de pressão, encarregada de promover o deslocamento do sistema

• Força friccional, que desempenha maior destaque junto à superfície do solo, onde o atrito age como sumidouro de energia cinética, "freando" o sistema em seu deslocamento e diminuindo a intensidade dos ventos.

Frentes

• A mesma representação no HS

Frentes – formação ciclônica

Frente Fria

• Frente fria: região de transição entre massas de ar frio e quente, em geral na superfície. Possui até 300 km de largura, uma altura de cerca de 6 km e pode se estender por milhares de quilômetros. O deslocamento dessa frente é na direção do ar frio para o ar quente. E sua borda frontal apresenta tempestades.

Figuras: wikipedia

Frente Quente

• Frente quente: região de transição entre massas de ar frio e quente, em geral na superfície. Possui até 300 km de largura, uma altura de cerca de 6 km e pode se estender por milhares de quilômetros. O deslocamento da frente é na direção do ar quente para o ar frio. A borda frontal da frente quente apresenta chuvas de intensidade moderada.

Figuras: wikipedia

Frentes

O contraste máximo de temperaturas encontra-se no limite entre as massas de ar fria e quente. Nesta zona, o vento térmico será forte e estará dominando a circulação superior da atmosfera. Nesta zona encontra-se a Corrente do Jato na alta troposfera

Quando se formam as ondas frontais à superfície, o escoamento superior começa a mudar.

Frentes

À medida que o ciclone se desenvolve, o ar frio é transportado para o sul, na parte posterior, e o ar quente é levado para o norte. No HS ocorre o contrário: o ar frio é empurrado para o norte e o quente para o sul. Observa-se que o escoamento do ar superior também assume a forma de onda, com uma crista na parte dianteira do ciclone (região de ar quente) e um cavado à retaguarda (região de ar frio)

Quando o ciclone oclui a amplitude da onda superior diminui e, se o contraste de temperatura é grande, forma-se uma baixa fria nos níveis superiores, à retaguarda da baixa localizada ao nível do mar.

Frentes e formação de nuvens

FRENTE FRIA FRENTE QUENTE

FRENTE OCLUSA

Tempestades locais severas

• Chuvaradas locais de grande intensidade, acompanhadas, em geral, de trovões, descargas elétricas, granizos, ventos fortes, súbitas variações de temperaturas e, ocasionalmente, tornados

• Nuvem característica: cumulonimbus (Cb). • A base do Cb pode se situar entre 300 e 3.000 m, dependendo da umidade relativa do

ar próximo ao solo. O topo atinge de 9.000 a 18.000 m; os mais altos localizam-se nos trópicos, ou então nas latitudes médias durante o verão.

• Ao evoluírem, podem fazê-lo localmente, ou deslocando-se a velocidades que chegam a superar 100 km/h.

• Podem se localizar no interior de uma massa de ar, ao longo de uma frente ou em uma linha de instabilidade.

• Em regiões montanhosas, formações isoladas não são raras, especialmente no verão. O desenvolvimento local está sempre condicionado a um forte gradiente térmico vertical instável, como resultado de um aquecimento diurno intenso, que atinge maiores proporções à tarde.

• Quando associadas às formações frontais, as tempestades não possuem horários

preferenciais e, embora sejam locais, seguem o sentido do deslocamento das frentes.

Cb (desenvolvimento)

• A nuvem está mais quente que o ar em seu redor

• Correntes ascendentes são observadas no interior da nuvem, com velocidades máximas no topo central.

• Com o crescimento vertical da nuvem, o topo alcança níveis em que a temperatura acha-se abaixo da temperatura de congelamento; apesar disso, ainda coexistem gotículas d'água e cristais de gelo.

• A quantidade de água pode acumular-se tanto que gotículas e cristais de gelo mais “pesados” deixam de ser suportados pelas correntes ascendentes e começam a cair no interior da nuvem.

Cb (estágio maduro)

• Aparecimento de correntes descendentes

• Mudança na configuração das isotermas no interior da nuvem

• As temperaturas tornam-se menores na região onde as correntes descendentes predominam

• A chuva e o gelo que caem dos níveis superiores trazem consigo o ar frio que avança horizontalmente junto à superfície, como uma “cunha fria”

Formação da cunha fria

• Chuva ! Associados às precipitações, ocorrem ventos fortes e rajadas

• O total precipitado pode chegar a 500 mm em apenas uma hora e podem causar enchentes ou indundações

• Obs: Isso não é uma tromba d’água !

Cb (estágio de dissipação)

• Cessando a provisão de água, a chuva decresce em intensidade e a nuvem eventualmente se dissipa

• Nos níveis mais baixos pode se desfazer em porções irregulares

• No topo dá origem, frequentemente, a nuvens cirriformes.

Cb

Furacões (ciclones tropicais)

Furacões

• São ciclones tropicais (muito diferentes dos ciclones extratropicais).

• Como primeira aproximação, o balanço de forças radiais presentes em um furacão, em estado permanente, satisfaz as equações do vento gradiente, ou seja, a força centrípeta, responsável pelo movimento curvo em relação à superfície da Terra, é dada pela resultante entre a força do gradiente de pressão (voltada para o centro do ciclone) e a força de Coriolis.

• Nos furacões, existem também grandes amplitudes de temperaturas, de cerca de 10°C, para uma distância radial de 100 km, com ventos soprando a mais de 120 km/h (chegando até 320 km/h).

• Os furacões ocorrem nas baixas latitudes de todos os oceanos, exceto no Atlântico Sul e Sudeste do Pacífico

Furacões

• Origem (ainda é motivo de controvérsias) • sobre os oceanos cujas temperaturas estejam acima de 26°C. • àcham-se em geral associados com o deslocamento de anticiclones,

mas não associados a frentes. • atmosferas barotrópicas, de forma não regular, embora em estações

preferenciais, o que sugere circunstâncias fortuitas para suas origens. • Observações teóricas mostram que condições de elevada umidade

atmosférica favorecem o desenvolvimento dos furacões. • Para condições de umidade de 80% (observadas nas regiões de

origem dos furacões), uma perturbação pode duplicar sua amplitude no intervalo de tempo de um dia, atingindo 100 km de raio.

• A passagem de um furacão associa-se sempre a uma queda violenta na pressão atmosférica, queda esta às vezes superior a 75 mb.

• Em seu estágio de maturidade, possui intensidade máxima dos ventos, centrifugação espiralada de nebulosidade, mínima pressão no centro e área de tempestade que pode atingir até 500 km de raio, com ventos fortes e chuvas intensas.

Furacões

• Condições favoráveis:

• Águas oceânicas quentes (> 26 °C) em uma camada suficientemente profunda (> 50m)

• Atmosfera que se resfrie rapidamente com a altura (instabilidade) → convecção úmida (liberação do calor armazenado nas águas para o interior do ciclone)

• Camadas relativamente úmidas perto da média troposfera (5km).

• Distância mínima de pelo menos 500km da linha do Equador → Coriolis

• Um distúrbio pré-existente próximo à superfíce com vorticidade e convergência suficientes → Não se desenvolvem espontaneamente, pois necessitam de um sistema levemente organizado com rotação considerável e influxo nos baixos níveis.

• Valores baixos de cisalhamento vertical de vento entre a superfície e a alta troposfera.

Furacões

• Denominação em diferentes regiões do globo• furacão - Atlântico Norte, Pacífico Nordeste a leste da linha

internacional da data e no Pacífico Sul a leste da longitude 160°E;

• tufão - Pacífico Noroeste a oeste da linha internacional da data; • ciclone tropical severo - Pacífico Sudoeste a oeste da longitude

160°E e no Oceano Índico Sudeste a leste da longitude 90°E; • tempestade ciclônica severa - Índico Norte;• ciclone tropical - Índico Sudoeste.

• Velocidades observadas• depressões tropicais: máx. 17 m/s; • tempestade tropical: 18 e 32 m/s• furacões, tufões: > 33 m/s

O olho corresponde à região de pressão de superfície mínima e de maiores temperaturas nos níveis mais altos: 10°C mais quente do que o ambiente a 12 km de altitude, mas apenas 2°C no máximo mais quente ao nível de superfície. Seu tamanho varia de 8 a 200km de diâmetro, mas em média temos ciclones tropicais com diâmetro de olho em torno de 30 a 60km.

Áreas de ocorrências de furacões, tufões e ciclones

Escala Saffir-Simpson

Categoria Ventos (km/h) Altura* (m) Pressão (hPa)

Tempestade Tropical 56 – 117

1 119 – 153 1,2 – 1,6 < 980

2 154 – 177 1,7 – 2,5 965 – 979

3 178 – 210 2,6 – 3,8 945 – 964

4 211 – 249 3,9 – 5,5 920 – 944

5 > 249 > 5,5 < 920

* nível do mar

Estatísticas de furacões

• 5 Most Intense Measured Atlantic Hurricanes:• Hurricane Gilbert (1988)

• low pressure of 888 millibars, high winds of 299 kilometres per hour• Hurricane Mitch (1998)

• low pressure of 905 millibars, high winds of 287 kilometres per hour• Hurricane Hugo (1989)

• low pressure of 918 millibars, high winds of 260 kilometres per hour• Hurricane Andrew (1992)

• low pressure of 922 millibars, high winds of 250 kilometres per hour• Hurricane Camille (1969)

• low pressure of 964 millibars, high winds (estimate) of 320 kilometres per hour

Por que não há furacões no HS ?

• Temperatura da superfície do mar mais baixa

• Cisalhamento troposférico do vento (entre a superfície e 200mb) sempre intenso

• Não há ITCZ no Atlântico Sul → Não há condições sinóticas de vorticidade

Tornados

• Fenômenos meteorológicos mais violentos → alta concentração de energia em dimensões espaciais relativamente pequenas.

• Tem formato de funil, com diâmetros de centenas de metros e produzidos por uma única tempestade convectiva.

• Próximo ao solo, rajadas de vento erguem grandes quantidades de poeiras, folhas ou outros objetos, identificando a presença de fortes vórtices.

• Os tornados são fenômenos primariamente continentais, de modo que o aquecimento solar sobre o continente usualmente contribui favoravelmente para o desenvolvimento da tempestade que dá início ao tornado

• No entanto também ocorrem sobre superfície líquida → trombas-d'água

• Os ventos podem alcançar mais de 350 km/h

Escala Fujita

Velocidade dos ventos (km/h)

Largura da trilha (m)

Comprimento da trilha (km)

Danos provocados

F0 65-115 3-20 0-2 Leves

F1 115-180 10-100 1-5 Moderados

F2 180-250 50-500 2-20 Fortes

F3 250-330 100-1000 5-60 Severos

F4 330-420 200-2000 10-150 Devastadores

F5 420-530 250-5000 10-500 Devastadores

A largura e o comprimento das trilhas não necessáriamente estão dentro dos valores indicados na tabela, pois estes podem sofrer variações em função das particularidades do local de ocorrência do fenômeno.

Fonte: wikipedia

Tornados

Áreas de ocorrências de tornados