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Teoria Quase-Geostrófica. http://www.meteor.iastate.edu/classes/mt411/powerpoint/METR4424qgtheory.pdf. Teoria Quase-Geostrófica (QG). Teoria QG • Visão Geral • Aproximações e validade • Equações QG • Referências QG Previsão QG • Visão Geral • Estimando a evolução do sistema
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Teoria Quase-Geostrófica http://www.meteor.iastate.edu/classes/mt411/powerpoint/METR4424qgtheory.pdf
Teoria Quase-Geostrófica (QG) Teoria QG • Visão Geral • Aproximações e validade • Equações QG • Referências QG Previsão QG • Visão Geral • Estimando a evolução do sistema • Equação da tendência do Geopotencial do QG • Estimando o movimento vertical • Equação omega do QG
Teoria QG: Visão Geral Necessidades da previsão: • Previsão até 7 dias das variáveis: temperatura, umidade, precipitação e vento • Estasinformaçõesdependemdaevolução dos padrões dos sistemassinóticos (porexemplo, sistemas de pressão à superfície, frentes e jatos) Quatro métodos de previsão: Modelos Conceituais: Baseados em uma grande quantidade de observações de eventos passados. Generalização de padrões sinóticos. Ex: Teoria da Frente Polar, Modelo norueguês dos ciclones Aproximaçãocinemática: Análise das observaçõesatuais dos campos de vento, temperaturae umidade. Assume-se quenuvens e precipitaçãoocorrerãoondehámovimentoascendente e um fornecimentoadequado de umidade. Ex.: Teoria QG Modelosnuméricos: Baseadosnaintegração das equaçõesprimitivas. Necessitamumarededensa de observações, parametrizaçõesfísicasacuradas e o usuáriodeveestarpreparadoparacorrigireventuaiserrosassociadosàscondiçõesiniciaisouàsconsiderações do modelo. Modelosestatísticos: utilizamobservaçõesousaídas de modelosnuméricosparaestimar a probabilidade de ocorrência de certoseventosmeteorológicos
Teoria QG: Visão Geral A Teoria QG: • Mostracomo o balançohidrostáticoe o balançogeostróficorestringem e simplificamosmovimentosatmosféricos, mas de maneirarealista • Forneceumaestrutura simples com a qual se podeentender e diagnosticar a evolução tridimensional dos sistemas de tempo de escalasinótica • Ajuda a compreendercomooscampos de massa (pelaadvecção horizontal de temperatura) e oscampos de momentum (pelaadvecção horizontal de vorticidade) interagemparacriarcirculaçõesverticaisqueresultamempadrõessinóticosrealistas • Oferece a interpretaçãofísica das forçantes do movimento vertical e dos padrões de nuvens/precipitaçãoassociados a ciclones de latitudes médias
Teoria QG: Aproximações e validade O quejásabemos? • As equaçõesprimitivassãobastantecomplicadas • Sistemassinóticos de latitudes médiasapresentamventospróximosaogeostróficoacimadacamadalimite • Issopode ser usadoarasimplificar as equações e aindamanteracurácia
Teoria QG: Aproximações e validade Comecemos com: • Equaçõesprimitivasemcoordenadasisobáricas • Balançohidrostático(válidoparamovimentos de escalasinótica)
Teoria QG: Aproximações e validade Separando as componentes ag e geostrófica do vento: (ug, vg) → geostrófico→ Porção do vento real embalançogeostrófico (ua, va) → ageostrófico→ Porção do vento real que NÃO estáembalançogeostrófico • Equações do mov. horiz. (coordenadasisobáricas):
Teoria QG: Aproximações e validade • Análise de escala: • Movimentos sinóticos de latitude média: • Assim,
Teoria QG: Aproximações e validade • Balanço Geostrófico: • Ou seja:
Teoria QG: Aproximações e validade • Inicialmente: • Assumindo que a advecção horizontal é feita somente pelo vento geostrófico:
E o ventoassociado à Força de Coriolis? • Se [u, v] = [ug, vg] →→ balançogeostrófico e: • NÃO QUEREMOS ISSO!!!→ ALGUMAS ACELERAÇÕES SÃO NECESSÁRIAS PARA QUE O SISTEMA EVOLUA.
ACELERAÇÕES DO VENTO GEOSTRÓFICO RESULTAM DO FLUXO AGEOSTRÓFICO ASSOCIADO À FORÇA DE CORIOLIS
Teoria QG: Aproximações e validade Expandindo o parâmetro de Coriolis (f) emumasérie de Taylor: Onde é o parâmetro de Coriolis a uma latitude de referênciaconstante, e é o gradientemeridional do parâmetro de Coriolis Poranálise de escala: E as equaçõespodem ser re-escritascomo:
Teoria QG: Equações de movimento Simplificaçõesda TQG com relaçãoàsequaçõesprimitivas: • Fricção • Advecção horizontal de momentum peloventoageostrófico • Advecção vertical de momentum • Variaçõeslocais do ventoageostrófico • Advecção de momentum ageostróficopeloventogeostrófico
Teoria QG: Equação da Continuidade • A velocidade vertical (ω) dependeapenasdacomponenteageostrófica do fluxo
Circulação e Vorticidade • Circulação: Tendênciaque um grupo de parcelas tem de girar. Calcula-se a circulação de umaáreadaatmosfera • Vorticidade: Tendência do cisalhamento do vento, num dado ponto, de induzirrotação. Calcula-se a vorticidadeem um pontodaatmosfera • VorticidadePlanetária: • vorticidadeassociada à rotaçãoda Terra • Vorticidaderelativa: • vorticidadeassociadaaocisalhamento • do campo de vento tridimensional • Para escalasinótica, interessaapenas a componente vertical davorticidade (a componente k) • VorticidadeAbsoluta: Soma davorticidaderelativa com a planetária.
Vorticidade • Vorticidadenegativa: associada a circulaçõesciclônicas (sentidohorário) no HS • Vorticidadepositiva: associada a circulações anticiclônicas (sentido anti-horário) no HS
Vorticidade • Vorticidadedevidoaocisalhamento: associado a gradientesaolongo de umalinha de máximavelocidade de vento • Vorticidadedevido à curvatura: associadaaogiro do fluxoaolongo de umalinha de corrente
Equação da Vorticidade Advecção Horizontal de VorticidadeRelativa • The local relative vorticity will increase (decrease) if positive (negative) relative vorticityis advectedtoward the location → Positive Vorticity Advection (PVA) and → NegativeVorticityAdvection (NVA) • PVA often leads to a decrease in surface pressure (intensification of surface lows) Meridional Advection of Planetary Vorticity • The local relative vorticity will decrease (increase) if the local flow is southerly (northerly) due to the advection of planetary vorticity (minimum at Equator; maximum at poles) DivergenceTerm • The local relative vorticity will increase (decrease) if local convergence (divergence) exists
