Transcript Aula04_VisaoGeral - Departamento de Ciências Atmosféricas

Meteorologia – Visão geral
Estrutura da atmosfera
Procedimentos operacionais
RICARDO DE CAMARGO
Departamento de Ciências Atmosféricas - IAG/USP
Meteorologia – Visão geral
Relevância para a sociedade
Noções básicas
Estrutura da atmosfera
Padrões típicos de superfície e altitude
Evolução da Meteorologia
Procedimento operacional
Meteorologia Sinótica
Dados observados
Previsão numérica do tempo
Relevância para a
sociedade
•
•
•
•
•
•
•
Agricultura
Setor energético
Transportes
Abastecimento
Poluição atmosférica
Processos erosionais
Lazer
Relevância para a
sociedade
• Agricultura
plantio, colheita, alternância de culturas
granizo, geadas, queimadas
•
•
•
•
•
•
Setor energético
Transportes
Abastecimento
Poluição atmosférica
Processos erosionais
Lazer
Relevância para a
sociedade
• Agricultura
• Setor energético
geração: suprimento para reservatórios
transmissão e distribuição
•
•
•
•
•
Transportes
Abastecimento
Poluição atmosférica
Processos erosionais
Lazer
Relevância para a
sociedade
• Agricultura
• Setor energético
• Transportes
rodovias, portos e aeroportos: visibilidade,
condições de operação/acesso
distribuição de perecíveis
•
•
•
•
Abastecimento
Poluição atmosférica
Processos erosionais
Lazer
Relevância para a
sociedade
•
•
•
•
Agricultura
Setor energético
Transportes
Abastecimento
chuva em mananciais
manutenção de dutos
enchentes
• Poluição atmosférica
• Processos erosionais
• Lazer
Relevância para a
sociedade
•
•
•
•
•
Agricultura
Setor energético
Transportes
Abastecimento
Poluição atmosférica
dispersão e transporte de poluentes
chuva ácida
• Processos erosionais
• Lazer
Relevância para a
sociedade
•
•
•
•
•
•
Agricultura
Setor energético
Transportes
Abastecimento
Poluição atmosférica
Processos erosionais
vento e chuva
regiões costeiras e interiores
• Lazer
Relevância para a
sociedade
•
•
•
•
•
•
•
Agricultura
Setor energético
Transportes
Abastecimento
Poluição atmosférica
Processos erosionais
Lazer
esportes náuticos e aéreos
Noções básicas
• O quê é a atmosfera e por quê ela
é importante?
• Características gerais e
circulação em larga escala
• Variáveis atmosféricas de maior
interesse
Noções básicas
• O quê é a atmosfera e por quê ela
é importante?
a Terra é rodeada por uma atmosfera
em movimento constante, com
cerca de 800km de espessura, que a
protege da radiação solar e
comporta todas as formas de vida
Noções básicas
• O quê é a atmosfera e por quê ela
é importante?
feita de ar composto pela mistura de
oxigênio (21%), nitrogênio (78%),
dióxido de carbono (0.037%) e
outros gases como hidrogênio, hélio,
argônio, neônio, criptônio, xenônio
e ozônio, além do vapor d’água
Noções básicas
• O quê é a atmosfera e por quê ela
é importante?
cerca de 95% do peso da atmosfera
fica nos primeiros 15-20 km acima
da superfície
Noções básicas
• O quê é a atmosfera e por quê ela
é importante?
cerca de 95% do peso da atmosfera
fica nos primeiros 15-20 km acima
da superfície
considerando a dimensão horizontal
(40000 km de circunferência da
Terra), é apenas uma “lâmina” de ar
que mantém toda a vida do planeta
Noções básicas
• Características gerais e
circulação atmosférica em larga
escala
estrutura regida pelo aquecimento
diferencial entre a região equatorial
e os pólos
Noções básicas
• Características gerais e
circulação atmosférica em larga
escala
estrutura regida pelo aquecimento
diferencial entre a região equatorial
e os pólos
incidência perpendicular versus
incidência inclinada de radiação
solar
Noções básicas
• Existe equilíbrio energético em
larga escala
Noções básicas
• Existe equilíbrio energético em
larga escala
não há aumento contínuo de
temperatura na região equatorial e
nem diminuição contínua nos pólos
Noções básicas
• Existe equilíbrio energético em
larga escala
não há aumento contínuo de
temperatura na região equatorial e
nem diminuição contínua nos pólos
ou seja, globalmente a energia que
“entra” é igual à energia que “sai”
Noções básicas
• Existe equilíbrio energético em
larga escala
não há aumento contínuo de
temperatura na região equatorial e
nem diminuição contínua nos pólos
ou seja, globalmente a energia que
“entra” é igual à energia que “sai”
→ como fica o balanço em larga-escala?
Noções básicas
• Devem existir mecanismos de
transporte de calor da região
equatorial para os pólos
Noções básicas
• Devem existir mecanismos de
transporte de calor da região
equatorial para os pólos
 circulação geral da atmosfera
Noções básicas
• Modelo de célula única
 terra uniformemente coberta de água
 sem rotação
Noções básicas
• Modelo de célula única
 não é observado na prática
 o quê faltou considerar?
Noções básicas
• Modelo de célula única
 não é observado na prática
 o quê faltou considerar?
 ... rotação ...
Noções básicas
• Presença de água nas diferentes
fases
Noções básicas
• Presença de água nas diferentes
fases
 sólida, líquida e gasosa
Noções básicas
• Presença de água nas diferentes
fases
 sólida, líquida e gasosa
 calor sensível: energia envolvida
em alterações de temperatura
mantendo o estado
Noções básicas
• Presença de água nas diferentes
fases
 sólida, líquida e gasosa
 calor sensível: energia envolvida
em alterações de temperatura
mantendo o estado
 calor latente: energia envolvida nas
mudanças de fase
Noções básicas
• Presença de água nas diferentes
fases
 sólida, líquida e gasosa
 calor sensível: energia envolvida
em alterações de temperatura
mantendo o estado
 calor latente: energia envolvida nas
mudanças de fase
fonte de energia de suma importância
para os transientes atmosféricos
Noções básicas
• Existência de diferentes massas
de ar
definida em termos da região de
formação e disponibilidade de
umidade
Noções básicas
• Existência de diferentes massas
de ar
definida em termos da região de
formação e disponibilidade de
umidade
 Tropical continental
 Tropical marítima
 Polar continental
 Polar marítima
Definição
Um grande volume de ar, cobrindo uma superfície de centenas de km2, que tem
temperatura e umidade relativamente constante na horizontal
Formação
Formam-se sobre grandes extensões da superfície terrestre com características
homogêneas (oceanos, grandes florestas, desertos,etc.), onde permanecem por
longo tempo
Noções básicas
• Variáveis atmosféricas de maior
interesse
temperatura
pressão
umidade
vento
precipitação
Noções básicas
• temperatura
Noções básicas
• temperatura
expressa a energia interna de agitação
das moléculas
unidade: Celsius, Farenheit, Kelvin
Noções básicas
• temperatura
expressa a energia interna de agitação
das moléculas
unidade: Celsius, Farenheit, Kelvin
• pressão
Noções básicas
• temperatura
expressa a energia interna de agitação
das moléculas
unidade: Celsius, Farenheit, Kelvin
• pressão
expressa a força exercida pelo peso da
coluna de ar acima do ponto
considerado
unidade: Pa, bar, mmHg
termosfera
mesopausa
mesosfera
estratopausa
estratosfera
tropopausa
troposfera
Variação média vertical global da temperatura e da pressão.
Centros de alta e baixa pressão
Hemisfério Sul
Noções básicas
• umidade
Noções básicas
• umidade
expressa a quantidade de vapor d’água
contida no ar
unidade: g/kg
Noções básicas
• umidade
expressa a quantidade de vapor d’água
contida no ar
unidade: g/kg
obs1: quanto mais quente a parcela de
ar, mais vapor ela suporta
Noções básicas
• umidade
expressa a quantidade de vapor d’água
contida no ar
unidade: g/kg
obs1: quanto mais quente a parcela de
ar, mais vapor ela suporta
obs2: o termo mais comumente
utilizado é a umidade relativa, que
expressa a porcentagem de
saturação de uma parcela de ar
Noções básicas
• vento
Noções básicas
• vento
expressa a magnitude do deslocamento
das parcelas de ar
unidade: m/s, km/h, nós
Noções básicas
• vento
expressa a magnitude do deslocamento
das parcelas de ar
unidade: m/s, km/h, nós
• precipitação
Noções básicas
• vento
expressa a magnitude do deslocamento
das parcelas de ar
unidade: m/s, km/h, nós
• precipitação
expressa a quantidade de água
convertida a partir do vapor d’água
que atinge a superfície
unidade: mm, polegadas
Estrutura da atmosfera
Padrões típicos de superfície
• Campos médios de temperatura,
pressão e vento
 Janeiro
Estrutura da atmosfera
Padrões típicos de superfície
• Campos médios de temperatura,
pressão e vento
 Julho
Padrões de superfície
• Precipitação média anual e
correntes oceânicas de superfície
Estrutura da atmosfera
Padrões típicos de altitude
• Presença de estruturas do tipo
jatos (núcleos de máxima
intensidade)
Estrutura da atmosfera
Padrões típicos de altitude
• Presença de estruturas do tipo
jatos (núcleos de máxima
intensidade)
descobertos na época da Segunda
Guerra Mundial
Estrutura da atmosfera
Padrões típicos de altitude
• Presença de estruturas do tipo
jatos (núcleos de máxima
intensidade)
descobertos na época da Segunda
Guerra Mundial
denotam regiões com acentuados
gradientes de temperatura à
superfície
escoamento ondulatório
de oeste para leste
diferentes alturas porque a espessura da camada
é proporcional à sua temperatura média
Tropopausa média: Aparece
tipicamente entre 9,5 e 11km (210 a
270hPa) na região entre as duas
correntes de jato na média troposfera;
atinge 13 a 15km em regiões com
tempestades severas.
Tropopausa
polar: Entre o
jato polar e a
região polar
propriamente dita,
com alturas
típicas da ordem
de 6 a 8,5km; ou
entre 450 e 300
hPa.
Tropopausa tropical:
Cobre a região entre os jatos
subtropicais de ambos
hemisférios e com elevacão
de cerca de 17km (120 a 80
hPa); às vezes, ela se estende
sobre o jato subtropical, na
região da média tropopausa;
nos trópicos, também pode
ocorrer dupla tropopausa.
Jatos em altitude
não tem uma trajetória retilínea leste-oeste
tem papel muito importante na evolução do
tempo em latitudes médias
fornece energia para os transientes
atmosféricos na superfície e dirige suas
trajetórias
O seu monitoramento é importante para a
previsão do tempo!
Ondas nas correntes de jato
mapas de nível superior revelam que os
ventos de oeste seguem percursos
ondulatórios que podem ter grandes
comprimentos de onda
essas ondas contêm cavados e cristas que
são determinantes na evolução dos
transientes atmosféricos que alteram o
tempo
Ondas nas correntes de jato
Quase todos os padrões do escoamento
extratropical estão dinamicamente
relacionados com a curvatura ciclônica ou
anticiclônica das correntes de jato
Região com curvatura ciclônica é o
cavado
Região com curvatura anticiclônica é a
crista
Ondas nas correntes de jato
O movimento vertical e o desenvolvimento
de sistemas de tempo são extremamente
diferentes nas duas seguintes regiões entre
cristas e cavados:
Região ativa: a juzante do cavado, onde
normalmente é encontrado movimento
ascendente de ar, sendo favorável para
ciclogêneses, frontogêneses, formação
de nuvens e precipitação
Ondas nas correntes de jato
O movimento vertical e o desenvolvimento
de sistemas de tempo são extremamente
diferentes nas duas seguintes regiões entre
cristas e cavados
Região inativa: a montante do cavado,
onde encontra-se o anticiclone de
latitudes médias, frontólise junto à
superfície e dissipação de nuvens.
Evolução da Meteorologia
• Observação versus teoria
A classificação dos fenômenos deve ser
feita de acordo com suas características
físicas ou em termos de leis
governantes??
Evolução da Meteorologia
• A sinótica é altamente baseada em
observações
• A dinâmica baseia-se na aceitação de
leis físicas e deduções sobre o
comportamento atmosférico regido por
tais leis
Evolução da Meteorologia
• A sinótica é altamente baseada em
observações
Por um lado, pode-se observar determinado
fenômeno, depois descrever suas
características, depois analisá-lo para
aprender porquê é formado e porquê se
comporta daquela maneira e finalmente
poder prevê-lo. Exemplo: ciclones
extratropicais
Evolução da Meteorologia
• A dinâmica baseia-se na aceitação de
leis físicas e deduções sobre o
comportamento atmosférico regido por
tais leis
Por outro lado, a existência de determinado
fenômeno pode ser prevista pelo
conhecimento de uma lei física e então
procurar observá-lo. Exemplo: ondas de
gravidade
Evolução da Meteorologia
• O meteorologista sinótico representa o
lado intuitivo enquanto que o
meteorologista dinâmico representa o
lado dedutivo
O sinótico "descobre" as leis, enquanto que
o dinâmico prova que a lei está correta e
tenta compreendê-la
Evolução da Meteorologia
• O melhor exemplo de aplicação de
princípios dinâmicos na sinótica é a
teoria quase-geostrófica, a qual é
baseada nas observações mas foi
desenvolvida pelos teóricos através da
lógica
Evolução da Meteorologia
• synoptikos: visão geral de um todo
Evolução da Meteorologia
• synoptikos: visão geral de um todo
Meteorologia: dimensões horizontais
e tempo de duração de fenômenos
atmosféricos
Classificação dos
fenômenos atmosféricos
• subdivisão de acordo com a
ordem de grandeza da escala
horizontal de cada fenômeno
Classificação dos
fenômenos atmosféricos
• subdivisão de acordo com a
ordem de grandeza da escala
horizontal de cada fenômeno
Orlanski: prefixos macro, meso e
micro acompanhados de letras
gregas
A: rodamoinho
B: tornados e trombas
d’água
C: nuvens cumulus
D: “downburts”
E: frentes de rajada
F: mesociclones
G: tempestades
H: circ. locais do tipo
brisa lago/terra/oceano
e vale/montanha
I: bandas de precipitação
J: frentes costeiras
K: sistemas convectivos
de mesoescala
L: jato de baixos níveis
M: “dryline”
N: ciclones tropicais
O: jato de altos níveis
P: frentes de superfície
Q: ciclones e anticiclones
extratropicais
R: cavados e cristas no
escoamento de oeste
“ESCALA” DOS FENÔMENOS
METEOROLÓGICOS
Sistemas “muito” diferentes
Evolução da Meteorologia
• Influência tecnológica teve papel
fundamental
Evolução da Meteorologia
• Influência tecnológica teve papel
fundamental
1840: invenção do telégrafo
vários anos de observações da estrutura da
atmosfera à superfície (2D)
Evolução da Meteorologia
• Influência tecnológica teve papel
fundamental
1840: invenção do telégrafo
vários anos de observações da estrutura da
atmosfera à superfície lembrando da
adoção do Greenwich Meridian Time (GMT)
1920: teoria da frente polar
1930-1940: radio-sondas, estudos
teóricos & criação de computadores
observações da estrutura 3D & criação da
teoria quase-geostrófica
1930-1940: radio-sondas, estudos
teóricos & criação de computadores
observações da estrutura 3D & criação da
teoria quase-geostrófica
1950: primeira previsão numérica em
computador e verificação da teoria
quase-geostrófica
1930-1940: radio-sondas, estudos
teóricos & criação de computadores
observações da estrutura 3D & criação da
teoria quase-geostrófica
1950: primeira previsão numérica em
computador e verificação da teoria
quase-geostrófica
1960-1970: satélites e estudos de
efeitos não-quase-geostróficos
1930-1940: radio-sondas, estudos
teóricos & criação de computadores
observações da estrutura 3D & criação da
teoria quase-geostrófica
1950: primeira previsão numérica em
computador e verificação da teoria
quase-geostrófica
1960-1970: satélites e estudos de
efeitos não-quase-geostróficos
1980-1990: perfiladores via radar, redes
observacionais, sondagens via satélites
e computadores cada vez mais
poderosos
Os eventos que os meteorologistas
observam, analisam e tentam prever são
de certa foram misteriosos, pois nem
todas as leis físicas relevantes são
completamente compreendidas, além do
fato de que o estado atual da atmosfera
não é conhecido perfeitamente.
Desta forma, em grande parte dos casos,
não é possível fazer previsões perfeitas e
precisas.
Procedimento Operacional
A Meteorologia Sinótica é definida como a
análise meteorológica e a previsão de tempo
São usados dados obtidos simultaneamente
sobre uma grande área com a finalidade de
apresentar um ''retrato'' detalhado e quase
instantâneo do estado da atmosfera naquele
momento
Antes da era dos computadores, isto
compreendia a preparacão, análise e
interpretação de cartas meteorológicas
Procedimento Operacional
Dados observados
Dados
Dados
Dados
Dados
Dados
Dados
dos aeroportos – METAR
da rede sinótica – SYNOP
de navios – SHIP
de altitude – UPPER AIR
de rotas aéreas – AIREP
observados por satélites – SATOB
METAR
SYNOP
A rede de observação de superfície
da WMO
Esquema dos
componentes do sistema
de telecomunicação global
da WMO
SHIP
UPPER AIR
AIREP
SATOB
SATOB
SATOB
SATOB
SATOB
SATOB
GOES
LANDSAT
SATOB
Previsão numérica do tempo
Modelos meteorológicos
Equações do movimento e
termodinâmica
Escala global: não requer condições
de contorno
Escala regional: condições de
contorno dadas por modelos globais
Condições iniciais
Previsão numérica do tempo

Equações:
DV
Dt

aceleração


1



 
2 
V
 p g k 
Fa


 

Coriolis
 
 gravidade atrito
2a. Lei de Newton
gradiente
de pressão
Continuidade
 u 
 v 
  w 


     V   



t
y
z 


 x

D  1 

T
T
T
T
p
Q


 u
 v
 w


t
x
y
z
cv
Dt
cv



Termodinâmica
Representação
Solução:
futuro
At   t
 At
passado
 Forçante  t
Manualmente
Automaticamente
“Cartas sinópticas” e diagramas
“PREVISÃO NUMÉRICA”
CPTEC
INMET
PREVISÃO DE TEMPO
Dados Globais
GTS
(INMET)
Satélite
Redes
Geoestacionário e
da Órbita Polar
de Observação
Regional e Local
)
Mod. Global
(CPTEC)
CC
FG
)
)
Modelo
Reg. ETA
(CPTEC)
CC
FG
)
Radar
OBSERVAÇÕES
Meteorológico
DADOS
)
Modelo
de
Mesoescala
)
Técnicas de Interpretação, Validação, Métodos Estatísticos: MOS, PP,
Adição de Valor, Detecção de Erros, Melhorias das Técnicas e Produtos Especiais
Prev. de
Médio Prazo
(baixa resolução
espacial)
Prev. de
Curto Prazo
(resolução média maior detalhamento
espacial)
Prev. de
Curtíssimo Prazo
(previsão imediata detalhamento elevado)
MODELAGEM
PESQUISADOR
METEOROLOGISTA
ANALISTA
PRODUTOS