Meteorologia Sinótica

1. 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 Ventos Observados Ventos locais Ventos Globais Estrutura de Altas e Baixas Pressões

2. Transformação Geração Destruição Atmosfera Energia Cinética Energia Potencial Atmosfera Movimentos Atmosféricos Fonte de Calor Movimentos Atmosféricos Circulação Atmosférica Sol Calor Movimentos Atmosféricos

3. Medidos; Eficientes transportadores de Calor, Massa e Momentum Componente Horizontal z y Ventos Componente Vertical Freqüentemente estimados, são importantes para formação de nuvens e chuvas Movimentos Atmosféricos x

4. Velocidade Angular Taxa de giro de um sistema em torno de um ponto de referência. No caso da Terra: S  ___ ___ =  = V e t t Como S = r , Raio da terra V =  r Velocidade Linear Velocidade Angular da terra  ~ 7,3x 10-5 rad/s Conceitos Básicos

5. Para um corpo deslocar-se em trajetória curva (mudando a direção) e mantendoconstanteo módulo do vetor velocidade, alguma torça deverá estar continuamente atuando sobre o mesmo, para modificar a direção do vetor velocidade. Força Centrípeta   a V2 ___ ___ ___ ___ =  , = t t V r Admitindo V1 = V2 = V (em módulo) a t = V  Como Sinal negativo, a é dirigido p/ o centro O a =  V = 2 V = a = - 2 r Aceleração da Partícula Na forma Vetorial Primeira lei de Newton, um corpo em movimento continuará em movimento, com velocidade constante, a menos que uma força resultante externa atue sobre ele. Conceitos Básicos

6. 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 L = r V =  r 2 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 r aumenta, V diminui Pela lei da conservação do momento angular ( r V ) é Cte r diminui, V aumenta Conceitos Básicos

7. t=1 t=2 t=3 V2 V3 V1 r aumenta, V diminui Pela lei da conservação do momento angular ( r V ) é Cte r diminui, V aumenta Conceitos Básicos Experiência, pessoa girando uma pedra presa a um fio que se enrola com o tempo...

8. No caso da Terra, parcelas de ar giram em eixos perpendiculares ao eixo de rotação Conservação do Momento Angular Raio da Terra Latitude L =  Rt2 cos2 () Exemplo 1: Parcela no Equador, em repouso em relação a superfície da Terra V =  Rt Exemplo 2: Se essa parcela é forçada a se deslocar até 60N, pela lei da conservação do momento angular: V´ = V / cos() V´ = V / cos(60) V´ = 2V Conceitos Básicos 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 pólos

9. Taxa de variação do "momentum" (quantidade de movimento) de um sistema é igual à soma de todas as forças que nele atuam Segunda lei de Newton • gravitacional • devida ao gradiente de pressão • fricção Referencial inercial (estrelas fixas) Referencial não-inercial (forças "aparentes" devem ser adicionadas para que a segunda lei de Newton possa a ser aplicada ) • coriolis • força centrífuga FORÇAS FUNDAMENTAIS QUE ATUAM NA ATMOSFERA Forças preponderantes na atmosfera Considerando a rotação da Terra:

10. 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). Gradiente de Pressão Existe devido a diferença de pressão. Orientada das altas pressões paras as baixas pressões (contrário do gradiente) Devido a “rugosidade” da Terra. Atua no sentido de frear os movimentos atmosféricos próximo a superfíie da Terra. Fricção FORÇAS FUNDAMENTAIS QUE ATUAM NA ATMOSFERA

11. d Sistema de Equações Atmosféricas Movimentos Atmosféricos governados por 3 princípios básicos: Conservação de massa, momentum e energia Equação do Movimento (momentum) Equação da Continuidade (massa) Equação da Energia Termodinâmica(energia) * Força Centrípeta combinada com a gravitacional

12. Conservação de momentum Aceleração do movimento Fricção Gravidade Coriolis Gradiente Pressão Equação do Movimento * Força Centrípeta combinada com a gravitacional

13. Parâmetros típicos de Escala sinótica U ~ 10 ms-1p/ ~ 103 ms-2 W ~ 10-2 ms-1L/U ~ 105s L ~ 106 m a ~ 107m D ~ 104 m fo ~ 10-4 Sinótica A B C D E F Componente X du -2vsen + 2wcos + uw - uvtg = -1p dt a a x Componente Y dv -2usen + vw - u2tg = -1p dt a a y U2 foU foW UW U2 p 10-4 10-3 10-6 10-8 10-5 10-3 Análise de Escala

14. Balanço entre a força de coriolis e do gradiente de pressão Aproximação Geostrófica Baixa Fp Vg HN Fco Alta Vento Geostrófico • 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

15. Balanço entre a força de coriolis e do gradiente de pressão e centrífuga Aproximação Gradiente B A HN Equador Fce Fp Fp Fco Fco Fco Vento Gradiente • Torna-se mais fraco próximo ao centro de Alta pressão • Melhor aproximação do vento em regiões tropicais (ex: Ciclones tropicais)

16. Balanço entre a força gradiente de pressão e centrífuga Aproximação Ciclostrófica B HN Equador Fce Fp Fco Vento Ciclostrófico • 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

17. Diferença entre o vento geostrófico de dois níveis de pressão (superior (1) – inferior (2)) Z2 (1000 hPa) 0 100 200 300 400 500 600 5.300 5.400 5.500 5.600 5.700 5.800 VT = Vg1 – Vg2 -Vg2 Vg1 Z1 (500 hPa) Vg2 VT 5.500 5.400 5.300 5.200 5.100 5.000 4.900 Espessura entre 1000 e 500 hPa 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

18. Conhecendo campo de temperatura e vento numa superfície mais baixa (p2) posso estimar Vg1 na superfície mais alta Situação 1 Situação 2 Advecção Quente 0 +1 0 0 0 +1 Vg2 Vg1 Vg1 Vg2 VT VT T0 +2 T0 +4 Vg1 = VT + Vg2 T0 +1 T0 +2 T0 T0 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

19. Ar Quente Vento Gradiente VT VT VT Vento Geostrófico VT Ar Frio VT Exemplos

20. Vento Geostrófico Vento Gradiente Exemplos

21. Giro horário: advecção fria Vg1 Vg2 Vg2 Vg1 Giro anti-horário: advecção quente Exemplos

22. Conservação de massa Variação da pressão com o tempo Redução da densidade (aquecimento ou redução pressão) d/dt < 0 Convergência de massa . V < 0 Sem convergência ou divergência  é constante* Aumento da densidade (resfriamento ou aumento da pressão) d/dt < 0 d Termo de Divergência Divergência de massa . V > 0 Equação da Continuidade * Considerando o ar incompressível (  é constante)

23. Exemplos ETA