Apostila de Meteorologia e Oceanografia - Escola de Praticagem - PDF

ESCOLA DE PRATICAGEM APOSTILA DE METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA 2ª edição Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA...

ESCOLA DE PRATICAGEM APOSTILA DE METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA 2ª edição Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 01 SUMÁRIO METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA CAP 1 - VARIAÇÃO DOS ELEMENTOS METEOROLÓGICOS - PG 02 CAP 2 - CIRCULAÇÃO DO AR - PG 14 CAP 3 - DESENVOLVIMENTO DE ATIVIDADES CONVECTIVAS - PG 22 CAP 4 - SISTEMAS TROPICAIS - PG 24 CAP 5 - SISTEMAS SINÓTICOS - PG 27 CAP 6 - INTERPRETAÇÃO DE INFORMAÇÕES METEOROLÓGICAS - PG 31 CAP 7 - TELECOMUNICAÇÕES METEOROLÓGICAS - PG 41 CAP 8 - ONDAS, VAGAS E MARULHOS - PG 53 CAP 9 - MARÉS - PG 65 CAP 10 - CORRENTES OCEÂNICAS E COSTEIRAS - PG 70 CAP 11 - ESTUDOS DOS OCEANOS - PG 75 CAP 13 - C LI MATOLOG IA E CARTAS PI LOTO - PG 78 escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 02 CAPÍTULO 1 - VARIAÇÃO DOS PRINCIPAIS ELEMENTOS METEOROLÓGICOS Este capítulo analisa as características da radiação solar, temperaturas do ar e superfície do mar, pressão atmosférica, umidade relativa do ar e as implicações da variabilidade desses fatores. A radiação solar é essencial para os eventos meteorológicos e oceanográficos, sendo a principal fonte de energia que impulsiona tais fenômenos. Essa energia é manifestada através de tormentas e tempestades com ventos intensos e mares agitados. Nos processos meteorológicos, a transferência de energia ocorre principalmente na forma de calor sensível e calor latente, alcançando longas distâncias e ajudando no equilíbrio e regulação térmica do planeta. O fator mais crítico que afeta a quantidade de energia solar recebida é o ângulo em que os raios solares atingem a Terra. Quando os raios solares incidem verticalmente, a intensidade é a maxrma, e diminui conforme o ângulo de incidência se reduz, dispersando a radiação por uma área maior. Esse ângulo varia ao longo do dia, devido à rotação da Terra, e ao longo do ano, devido à sua translação. MEIO-DIA FIM DO DIA INÍCIO 00 DIA No Hemisfério Sul, os equinócios e solstícios ocorrem nas seguintes datas: equinócio de outono em 21 de março, solstício de inverno em 22 de junho, equinócio de primavera em 23 de setembro e solstício de verão em 22 de dezembro. escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 03 Quanto ao aquecimento da Terra, a maior parte da energia solar que chega à atmosfera terrestre é refletida de volta ao espaço, enquanto apenas uma fração menor atinge a superfície da Terra. Essa energia que atinge a superfície é vital para o aquecimento do planeta e ocorre apenas durante a presença de luz solar. Em relação ao resfriamento da Terra, o planeta é constantemente resfriado ao longo de todo o dia através da emissão de radiação infravermelha. Esse resfriamento é um componente crucial para manter o equilíbrio térmico do planeta. Além disso, a superfície terrestre se resfria por meio da evaporação da água e pela combinação de condução e convecção que ocorre através da circulação atmosférica direta. Nas regiões tropicais, há um saldo energético positivo, enquanto que nas altas latitudes o saldo é negativo. O transporte de energia entre essas regiões se dá por meio da circulação geral da atmosfera e das correntes oceânicas. Essa energia é transportada em duas formas principais: como calor sensível e calor latente. Duas principais fontes de energia alimentam os fenômenos meteorológicos: o calor sensível, que resulta do aquecimento da superfície terrestre, do ar e da água do oceano, e o calor latente, que ocorre através da evaporação da água do mar. Este último forma vapor d'água, essencial para a umidade do ar e crucial para o desenvolvimento de fenômenos meteorológicos. A energia é redistribuída pelo planeta de duas formas principais. Na forma de calor sensível, a superfície aquecida pelo sol transmite calor ao ar através de condução. Esse calor é então movido verticalmente por convecção e horizontalmente por advecção. Em relação ao calor latente, o ar úmido leva este calor na forma de vapor de água, que ao condensar-se em outras áreas, libera calor. Quanto às definições, a radiação térmica refere-se à emissão de radiação eletromagnética por um corpo, sendo um modo de transferência de calor através de ondas eletromagnéticas. A condução é o processo de transferência de calor entre moléculas adjacentes devido a uma diferença de temperatura. A convecção descreve o movimento vertical de matéria num fluido, enquanto a advecção relaciona-se ao deslocamento horizontal, especialmente de massas de ar. escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 04 Temperatura do ar A temperatura do ar mostra uma variação vertical característica, onde a pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude. Quando um gás se expande, sua temperatura cai proporcionalmente. Consequentemente, a temperatura do ar diminui à medida que se ascende na troposfera, um fenômeno que é fundamental para a formação de nuvens. A temperatura do ar varia horizontalmente de acordo com a latitude devido a vários fatores. Primeiramente, há uma variação diária na quantidade de energia solar recebida. Além disso, a variação sazonal no ângulo em que os raios solares atingem a superfície da Terra também afeta as temperaturas. Outro fator é o albedo, ou a capacidade das superfícies cobertas de neve de refletir a luz solar, que também influencia as temperaturas locais. Essas variações de temperatura ajudam a promover a circulação geral de massas de ar frio e quente e a formação de sistemas de frentes frias e quentes. Temperatura da superfície do mar (TSM) É bastante estável entre o dia e a noite, pois a maioria da energia solar absorvida é utilizada para a evaporação da água. Essa evaporação é uma contribuição significativa para o aumento da umidade do ar. A TSM muda muito gradualmente ao longo do ano, e variações diárias são geralmente imperceptíveis, exceto em áreas afetadas pela ressurgência. Mudanças significativas na TSM podem ocorrer devido às flutuações nas fronteiras de grandes correntes oceânicas de diferentes temperaturas. A TSM desempenha um papel crucial na interação entre o oceano e a atmosfera, influenciando a formação de nevoeiros ou intensificando processos convectivos, tormentas e furacões, dependendo se a TSM é menor ou maior que a temperatura do ar, respectivamente. Quanto à umidade, a quantidade de vapor d'água no ar e sua umidade relativa são medidas importantes. Termômetros comuns registram a temperatura do ar seco, enquanto psicrômetros, ou termômetros de bulbo úmido, medem a temperatura do ar quando umidade é artificialmente adicionada até que o ar atinja saturação, escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 05 causando resfriamento no bulbo úmido. A temperatura registrada pelo termômetro de bulbo úmido será sempre menor que a do termômetro seco, fornecendo dados essenciais para o diagnóstico e prognóstico do tempo. l 'IID-'DF. Rí.l.\TI\A / :;o w t,O [ -- ! ll\ll'Hl \WM, \ll'1a noik nlt'l:"1-(lt..-, 18hOr:ll ~ lti:'1-11oitt A capacidade do ar de reter vapor d'água aumenta com a elevação da sua temperatura. Quando o ar atinge a saturação, ele contém a quantidade máxima de vapor d'água possível para aquela temperatura específica. Se a temperatura desse ar saturado cair, sua capacidade de reter vapor d'água também diminuirá, resultando na condensação do excesso de vapor em pequenas gotas, formando nuvens. A umidade relativa do ar refere-se à proporção do vapor d'água presente no ar em relação à quantidade máxima que ele poderia conter naquela temperatura, sendo expressa em porcentagem. Assim, quando a temperatura aumenta, a umidade relativa tende a diminuir, e o inverso ocorre quando a temperatura cai. Temperatura do Ponto de Orvalho (TPO) A Temperatura do Ponto de Orvalho (TPO) é definida como a temperatura na qual o vapor d'água no ar começa a condensar, transformando-se em gotículas líquidas. Isso ocorre quando a temperatura do ar baixa até igualar a TPO, resultando em uma umidade relativa de 100%, indicando que o ar atingiu a saturação de umidade. Esta condição é alcançada apenas pelo resfriamento natural do ar, sem adição de vapor d'água. escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 06 Para determinar a Temperatura do Ponto de Orvalho e a Umidade Relativa, utiliza- se um psicrômetro, que mede duas temperaturas específicas: a temperatura seca {T) e a temperatura úmida {TU). A diferença entre essas temperaturas {T-TU), conhecida como Depressão do Termômetro úmido, permite encontrar a TPO utilizando uma tabela específica. Da mesma forma, a diferença entre a temperatura seca e a TPO {T-TPO) é usada para determinar a umidade relativa através de outra tabela. Pressão atmosférica Em relação à pressão atmosférica, seu registro contínuo por um barógrafo revela variações significativas ao longo do tempo, variando diariamente e até mesmo de hora em hora, sendo um dado crucial para a navegação. A pressão atmosférica diminui à medida que se ganha altitude. Uma massa de ar que ascende continuamente se expande devido a essa redução na pressão, levando ao seu resfriamento até atingir a TPO, o que frequentemente resulta na formação de nuvens. No movimento vertical ascendente do ar, JO ocorre uma rarefação nas camadas inferiores 26 da atmosfera, levando a uma diminuição da 22 pressão nesses níveis e, consequentemente, i ·~ i :! 10 18 uma redução da pressão na superfície. Por outro lado, no movimento vertical "'e descendente, o ar nos níveis mais baixos é 6 E comprimido, resultando em um aumento da !:i 2 < pressão atmosférica na superfície. o 20II -IOII 600 800 1000 PRl:SS,\0 (hP )---. Quanto ao gradiente horizontal de pressão, ele se refere às diferenças na pressão atmosférica entre diferentes áreas na superfície. Uma isóbara é uma linha que une locais que possuem a mesma pressão atmosférica. As cartas de pressão à superfície, ou cartas sinóticas, marcam os centros de baixa pressão (indicados por "B") e de alta pressão (indicados por "A"). escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 07 Um espaço reduzido entre as isóbaras sinaliza um gradiente de pressão acentuado, o que geralmente implica em ventos mais fortes. É essencial para os navegantes saberem interpretar essas cartas, pois elas ajudam a prever o comportamento atmosférico e suas influências sobre as condições marítimas. Evaporação A evaporação é o processo no qual a água passa do estado líquido para o gasoso, exigindo uma quantidade significativa de energia na forma de calor latente. Esta energia é absorvida do ambiente circundante, que, em consequência, se resfria. O vapor d'água gerado pode então transportar essa energia acumulada para diferentes regiões, onde pode ser liberada durante o processo de condensação. O termo "adiabática" refere-se a um tipo de transformação na qual não ocorrem trocas de calor com o meio ambiente. Isso significa que qualquer alteração na temperatura do sistema ocorre sem que haja ganho ou perda de calor com o entorno. - - - =--;. _.. L __ __.__ _......._ _ _ _. __ _~-~---::..... lt TC~rt:~ Tl~ rtl--:;;> A adiabática seca ocorre quando uma parcela de ar não saturado ascende e ainda está abaixo do nível de condensação. Neste processo, o ar se resfria a uma taxa de aproximadamente lüºC por quilômetro, resultando em um aumento da sua umidade relativa até que atinja o ponto de orvalho (TPO), que é o nível de condensação. escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 08 Já a adiabática úmida toma lugar quando o ar continua a ascender acima do nível de condensação. Neste estágio, o ar resfria-se a uma taxa menor, aproximadamente 6ºC por quilômetro, porque a condensação do vapor d'água libera calor latente, moderando o resfriamento do ar. Assim, a taxa de variação da temperatura diminui à medida que o ar se eleva e continua a liberar calor latente. Nebulosidade Quanto à nebulosidade, o tipo de nuvens formadas depende diretamente das condições atmosféricas. Em condições de ar estável, formam-se nuvens estratiformes, que são extensas e uniformes. Por outro lado, em condições de ar instável, predominam as nuvens cumuliformes, que são mais volumosas e verticalmente desenvolvidas. Frequentemente, linhas de instabilidade atmosférica apresentam uma série de nuvens cumulus. Além disso, a altura da base das nuvens, ou nível de condensação, varia de acordo com as condições atmosféricas locais, o que também influencia a formação de nuvens em diferentes altitudes, seja baixas, médias ou altas. Nuvens As nuvens formam-se a partir da condensação ou sublimação do vapor d'água no ar, iniciando a uma altitude superior a 50 pés. A quantidade de nebulosidade é medida em oitavos de céu encoberto, variando de 1/8 a 8/8, o que permite avaliar a extensão da cobertura de nuvens. No que diz respeito à classificação das nuvens, estas podem ser agrupadas em dois tipos principais, com base em seu processo de formação: Cumuliformes são nuvens densas e volumosas com contornos arredondados e bem definidos, que se desenvolvem verticalmente devido a correntes de ar ascendentes. Essas nuvens indicam uma atmosfera instável, onde o ar está em movimento e propenso a mudanças meteorológicas. Stratiformes, por outro lado, são nuvens que se formam quando uma camada de ar escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 09 se resfria até atingir seu ponto de orvalho, sem a presença de movimento vertical significativo. Essas nuvens, que aparecem como um véu ou uma camada, têm um desenvolvimento horizontal mais pronunciado e são típicas de condições atmosféricas estáveis. Cs Ci ( rrostratus c.,,rus l H,gh As M1d Alloslralus Se Stratocumulus - St- Low Strafüf As nuvens são classificadas com base na altitude de sua base em três categorias principais: Nuvens Altas (acima de 6.000 metros): Geralmente finas e formadas por cristais de gelo, essas nuvens incluem: Cirrus (Ci): Nuvens isoladas que se parecem com filamentos brancos e fibrosos, através dos quais é possível ver o sol e as estrelas. Essas nuvens são indicativas de ventos em altas altitudes e geralmente prenunciam a chegada de frentes quentes, alertando para mudanças iminentes no tempo. Cirrostratus (Cs): Nuvens em forma de véu, transparentes e brancas, que dão ao céu um aspecto leitoso. Não distorcem visivelmente o sol ou a lua, mas podem criar um halo ao redor desses corpos celestes e frequentemente sinalizam chuva nas próximas 24 horas. escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 10 Cirrocumulus (Cc): Conhecidas pelo seu padrão que lembra "pequenos carneiros", essas nuvens formam alinhamentos perpendiculares à direção do vento e geralmente indicam bom tempo. Nuvens Médias (entre 2.000 e 6.000 metros): Altocumulus (Ac): Com uma aparência "globular", essas pequenas nuvens agrupadas podem variar de branco a tons de cinza e podem prenunciar trovoadas ou a chegada de frentes frias. Altostratus (As): Formando uma densa camada cinzenta ou azulada, cobrem o céu inteiramente ou parcialmente, com o sol ou a lua visíveis de forma difusa. Essas nuvens geralmente antecedem mau tempo e podem indicar a aproximação de uma frente fria. Nuvens Baixas (entre 50 pés e 2.000 metros): Stratus (St): Nuvens cinzentas, baixas e uniformes que lembram nevoeiros elevados, frequentemente encontradas a menos de 100 metros do solo em condições de vento calmo. Estão associadas à estabilidade atmosférica e geralmente não representam perigo. Nimbostratus (Ns): Camadas densas de nuvens escuras e quase uniformes, são as típicas nuvens de chuva. Após a passagem de uma frente fria, dominam o céu e continuam a provocar chuvas intensas, porém com maior estabilidade atmosférica. Stratocumulus (Se): Originadas de Cumulus, essas nuvens são mais baixas e podem estar associadas a garoas ou neve, seguidas frequentemente de noites claras. Cumulus (Cu): Nuvens densas com desenvolvimento vertical pronunciado, formadas por ar ascendente que se resfria ao atingir altas altitudes. Estas nuvens são símbolos de bom tempo e aparecem como "pedaços" isolados no céu. escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 11 Cumulonimbus (Cb): Com bases baixas mas atingindo altos níveis de altitude (até 13.000 metros), são capazes de causar turbulência, gelo, relâmpagos, saraiva, precipitações intensas e até tornados. A presença dessas nuvens indica fortes variações meteorológicas e são típicas em ciclones, frentes frias e trovoadas isoladas. Quando associadas a trovoadas isoladas, podem produzir precipitação intensa e rajadas de vento fortes mas de curta duração. Precipitação Precipitação é o processo pelo qual a água acumulada na atmosfera cai para a superfície terrestre em forma de gotas líquidas, cristais de gelo ou partículas sólidas, como flocos de neve, quando seu tamanho e peso superam a resistência das correntes de ar ascendentes. A precipitação líquida inclui formas como chuva, chuvisco e garoa, enquanto a forma sólida engloba neve, granizo e saraiva. Baseando-se na continuidade, classifica-se a precipitação como contínua, intermitente ou em pancadas, estas últimas associadas a nuvens convectivas. Pancadas de precipitação, seja sólida ou líquida, provêm de nuvens convectivas e se caracterizam pela curta duração e intensidade flutuante, com um início e fim claramente demarcados, diferenciando-se das precipitações de nuvens estratificadas. A precipitação contínua é aquela que perdura por uma hora ou mais sem interrupções, geralmente originária de nuvens estratiformes. Já a precipitação intermitente ocorre em períodos menores que uma hora, com as nuvens desempenhando um papel crucial nessas observações. Além disso, a precipitação é categorizada por sua intensidade e impacto na visibilidade, variando de garoa a chuviscos fracos, moderados e fortes, estes últimos com visibilidade inferior a 500 metros. O processo de coalescência descreve a fusão de duas ou mais partículas de água em uma só, sendo um mecanismo fundamental na formação de chuva. As gotículas, impulsionadas pelas correntes de ar ascendentes e descendentes dentro escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 12 de uma nuvem, colidem e se fundem. Quando crescem demais para serem sustentadas pelo ar, começam a cair como chuva, um fenômeno que também ocorre com a neve e o granizo. Visibilidade no mar Na navegação marítima, a visibilidade pode ser significativamente afetada pela formação de nuvens e nevoeiros, que ocorrem quando o ar atinge a saturação por resfriamento até a Temperatura do Ponto de Orvalho (TPO). Nuvens se formam quando o ar ascendente se expande e resfria, alcançando a TPO e condensando-se em altitudes mais elevadas. Nevoeiros, por outro lado, se formam mais próximo à superfície do planeta, quando o ar resfria até a TPO devido ao contato com uma superfície mais fria. Este fenômeno reduz consideravelmente a visibilidade para os navegantes. Há dois tipos principais de nevoeiro que são comuns: Nevoeiro de Advecção ocorre quando uma massa de ar quente e úmido se move horizontalmente sobre uma superfície mais fria, resfriando a camada inferior do ar. Este tipo de nevoeiro requer ventos fracos para uma mistura eficaz com as camadas superiores do ar e é mais frequente no final da tarde, dissipando-se com o aumento da temperatura ou com a intensificação dos ventos que promovem a mistura das camadas de ar. Nevoeiro de Radiação surge com o resfriamento do solo após o pôr do sol, sendo mais comum nas primeiras horas da manhã e dissipa-se com o aquecimento do solo após o nascer do sol. Os navegantes precisam monitorar vários fatores atmosféricos para prever a formação de nevoeiro, incluindo a circulação local do ar, a temperatura do ar e a umidade relativa sobre o continente, além das temperaturas do ponto de orvalho e da superfície do mar. A probabilidade de formação de nevoeiro aumenta quando a diferença entre a temperatura do ar e a TPO é pequena, e a umidade relativa está escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56  METEOROLOGIA E OCEANOGRAFIA PÁGINA 1 13 próxima de 95%. Névoa é outro fenômeno que afeta a visibilidade no mar, formada quando o ar se resfria até a TPO. A névoa pode ser: Úmida, com alta umidade e visibilidade reduzida devido às gotículas de água misturadas com poluentes atmosféricos, apresentando uma coloração acinzentada. Seca, caracterizada pela presença de poluentes sólidos como poeira e fumaça, sem alcançar o nível de condensação das nuvens mais baixas. A cor da névoa seca pode variar dependendo do fundo visual, sendo azul-chumbo contra um fundo escuro ou amarela a alaranjada contra um fundo claro, com a umidade relativa geralmente abaixo de 80%. escoladepraticagem.com Licensed to THIAGO MARTINIANO COUTO - thiaaomcouto81(â)amail.com -285.984.298-56