DIN�MICA PLANET�RIA DE TEMPO E CLIMA Show As varia��es no tempo s�o determinadas basicamente pelos movimentos do ar. Mesmo o clima de uma regi�o � o resultado da persist�ncia de certos tipos de circula��es nesse local. O estudo das circula��es atmosf�ricas � feito atrav�s do uso das �leis� da termodin�mica e da mec�nica cl�ssica desenvolvidas desde a �poca de Newton (s�culo XVII). Entretanto a aplica��o dessas leis n�o � t�o simples como no caso do estudo do movimento de pontos ou corpos s�lidos. Afinal, a atmosfera � um g�s e n�o um ponto material, podendo sofrer varia��es de massa e de volume. Al�m disso, a terra � uma esfera girante, portanto um sistema �n�o-inercial�, onde aparecem "for�as fict�cias� (for�a de Coriolis, por exemplo), tornando mais dif�cil o tratamento do problema com a Mec�nica Newtoniana. As escalas de movimento atmosf�rico Na atmosfera encontramos diversos tipos de aeross�is e gases que absorvem e emitem radia��o em diferentes formas. A absor��o ou emiss�o de radia��o � tamb�m diferente para as diferentes superf�cies da Terra (solo n�, oceanos ou vegeta��o) ou posi��o geogr�fica e �poca do ano. O vapor d��gua, com suas mudan�as de fase e conseq�ente libera��o de calor latente, faz com que se tenham fontes e sorvedouros de energia que precisam ser considerados quando se estuda os movimentos do ar. As montanhas tamb�m influenciam bastante os escoamentos atmosf�ricos. Percebe-se ent�o que o problema da circula��o atmosf�rica envolvem muitos fatores, que nem sempre s�o simples de serem trabalhados. Como forma de simplificar essa quantidade enorme de fatores no estudo das circula��es atmosf�ricas, costuma-se categorizar os diversos sistemas de circula��o de acordo com o seu �tamanho�. Na atmosfera podemos praticamente encontrar circula��es de qualquer tamanho, desde o microsc�pio movimento molecular at� oscila��es com escalas da ordem do per�metro da Terra. Todos esses diferentes tamanhos, ou escalas de movimento, s�o interdependentes. Assim, por exemplo, a turbul�ncia produzida por uma montanha pode n�o ocorrer, a menos que exista um vento produzido por uma circula��o maior que a pr�pria montanha. Antes de entrarmos em detalhes sobre as causas dos movimentos atmosf�ricos daremos uma id�ia sobre essas escalas de movimentos atmosf�ricos:
O ar em movimento A primeira causa para os movimentos do ar (vento) � praticamente a energia solar, num processo de convers�o de energia t�rmica em energia cin�tica. Inclusive, muitas vezes a atmosfera � estudada como sendo uma �m�quina t�rmica�, como uma caldeira, que transforma energia em trabalho. Na verdade, o aquecimento da atmosfera pela energia solar � feito principalmente de maneira indireta, ou seja, a superf�cie da Terra absorve a energia solar, se aquece, transportado para as regi�es mais altas da atmosfera pelo movimento vertical do ar (convec��o) ou para outras regi�es atrav�s de transportes verticais (advec��o). S�o, principalmente, as diferen�as de absor��o da energia solar nas v�rias regi�es da Terra que determinam o movimento do ar. Essas diferen�as podem ser provocadas, por exemplo, pelas diferen�as de latitude, inclina��o do terreno ou diferentes capacidades t�rmicas do solo. Quando se estuda o vento em meteorologia costuma-se dividi-lo em suas componentes horizontais (nas dire��es leste/oeste e norte/sul), e vertical (movimento ascendente e descendente). Embora a componente horizontal do vento ser consideravelmente mais forte que a componente vertical, esta �ltima � respons�vel pela forma��o de nuvens e da precipita��o. De acordo com a �Primeira Lei de Newton�, para um corpo (parcela de ar) mudar seu estado de movimento, deve existir um imbalan�o entre as for�as que atuam sobre esse corpo. Existem basicamente duas classes de for�as que afetam a atmosfera: 1- aquelas que existem independente do estado de movimento do ar; e 2- aquelas que aparecem somente ap�s existir movimento. Na primeira categoria est�o aquelas provocadas por �campos�, como por exemplo a �for�a gravitacional� e a �for�a do campo de press�o�. Na segunda aparecem como uma rea��o ao movimento, como por exemplo: a �for�a de fric��o� e a �for�a de Coriolis�. As for�as que atuam na atmosfera De todas as for�as que atuam na atmosfera, certamente a For�a da Gravidade � a mais familiar. A for�a da gravidade, que faz com que todos os corpos sobre a Terra sejam atra�dos pra o centro dela, modifica somente a componente vertical do vento. Sua intensidade, de acordo com a �Segunda Lei de Newton�, � proporcional � massa da parcela de ar, sendo que a constante de proporcionalidade � a acelera��o da gravidade (g). O sentido dessa for�a � sempre de cima para baixo. O segundo tipo de for�a � a For�a do Gradiente de Press�o, surge devido �s varia��es espaciais (o que chamamos de gradiente) no campo da press�o. O conceito de press�o atmosf�rica vem da teoria cin�tica dos gases, e pode ser definida como sendo a for�a exercida pela colis�o das mol�culas do ar, em movimentos aleat�rios, sobre uma superf�cie qualquer. No caso da atmosfera a press�o � definida como o peso da coluna de ar sobre unidade de �rea. A for�a gravitacional faz com que as mol�culas de ar se comprimam nos n�veis mais pr�ximos � superf�cie. A diminui��o gradativa da massa do ar quando se vai para os n�veis mais altos faz com que o peso, ou seja a press�o, diminua com a altura. A taxa de varia��o vertical da press�o, isto �, o gradiente vertical da press�o � bem maior que os gradientes horizontais normalmente observados. Entretanto, s�o esses pequenos gradientes horizontais uma das principais causas (ou for�a) que provoca o movimento do ar. Quanto maior o gradiente horizontal de press�o, maior ser� a for�a do gradiente de press�o e, por conseguinte, a acelera��o. A terceira for�a observada � a For�a de Coriolis. Essa for�a s� aparece ap�s a parcela de ar entrar em movimento e � devido ao fato de que os ventos (aqui entendido como o movimento do ar em rela��o � Terra) s�o observados em um referencial fico na superf�cie. Como a terra � um referencial �n�o inercial�, para um observador na superf�cie isso vai implicar no aparecimento de uma �for�a fict�cia�, que � a For�a de Coriolis. O efeito da for�a de Coriolis pode ser entendido de uma maneira simples, imaginando-se um �experimento� em um carrossel. Imagine que em um instante inicial uma bola � lan�ada do centro do carrossel na dire��o de um alvo triangular pr�ximo � borda do carrossel. Conforme a bola avan�a para a borda, o alvo vai se movendo tamb�m no sentido da rota��o do carrossel. Para um observador que esteja fora do carrossel, a bola vai descrever uma trajet�ria perfeitamente retil�nea, j� que o observador est� em um referencial inercial, valendo portanto a primeira lei de Newton. Por outro lado, se o observador estivesse fixo sobre o alvo (isto �, no referencial n�o inercial) ele veria a bola se desviar para a direita de sua dire��o de movimento, como e uma �for�a� estivesse agindo sobre o corpo. Esse experimento pode ser extrapolado de modo que o carrossel seja a Terra. O observador �inercial�, neste caso, estaria exatamente sobre o Polo Norte e fora da Terra. O observador �n�o-inercial� estaria fixo sobre a superf�cie da Terra. A �bola� seria uma parcela de ar movendo do Polo Norte em dire��o ao equador. Com um pouco de abstra��o pode-se perceber que quanto maior for a velocidade da parcela, maior ser� a �for�a aparente�. Portanto entendemos que a For�a de Coriolis, no hemisf�rio Norte, que possui um giro anti-hor�rio, a For�a de Coriolis age sempre no sentido de desviar o movimento para a direita. No caso do hemisf�rio Sul, a For�a de Coriolis age no sentido de desviar o movimento para a esquerda. A �tlima for�a a ser estudada aqui � a For�a de Atrito. Esse tipo de for�a � tamb�m familiar a todos n�s, e aparece ap�s o movimento das parcelas de ar. Essa for�a faz com que um corpo em movimento e em contato com uma superf�cie pare ap�s um certo tempo, atrav�s do atrito do corpo com as rugosidades da superf�cie. Esta for�a s� � importante nas primeiras centenas de metros da atmosfera, pr�ximo � superf�cie e depende da velocidade das parcelas de ar, das caracter�sticas da superf�cie (rugosidade), e do gradiente vertical de temperatura. Fazendo-se um resumo de todas as for�as, temos que:
Circula��o geral da atmosfera A circula��o do ar na escala global � composta de um complexo conjunto de sistemas de ventos e press�o. Antes de entrarmos na discuss�o das caracter�sticas observadas da circula��o geral da atmosfera, � conveniente utilizarmos um modelo idealizado da Terra. Vamos considerar inicialmente que a Terra est� parada (sem rota��o), e que a superf�cie � toda homog�nea. A energia solar, por unidade de �rea, absorvida na regi�o equatorial � maior do que a absorvida nas regi�es polares. O ar equatorial, em contato com superf�cie ir� ent�o se aquecer mais nessa regi�o do que nos p�los. O ar equatorial torna-se mais �leve� e portanto sobe, enquanto o ar das regi�es polares, mas frio e pesado, desce. Por uma quest�o de continuidade de massa, estabelece-se ent�o uma �c�lula de circula��o�: o ar na superf�cie, que vem dos p�los, sobe para os altos n�veis no equador, retorna aos p�los em altos n�veis, e desce nessas regi�es, fechando assim a circula��o da c�lula. Essa circula��o deve-se ao gradiente de press�o entre os p�los e o equador, num mecanismo semelhante ao da brisa. Vamos agora permitir que a Terra adquira um movimento de rota��o. Pelo efeito da for�a de Coriolis, os ventos em superf�cie, que sopravam de norte no Hemisf�rio Norte ir�o se transformar agora em ventos de nordeste, enquanto que no Hemisf�rio Sul, que vinham de sul, ir�o se transformar em ventos de sudeste. Circula��es no sentido inverso (sudoeste no Hemisf�rio Norte e noroeste no Hemisf�rio Sul) dever�o ocorrer nos n�veis superiores de nossa Terra hipot�tica. Por outro lado, neste ponto, os ventos em superf�cie tem um dire��o oposta � da rota��o da Terra. Pelo efeito da for�a de fric��o, seria de se esperar que esse atrito fosse �diminuindo� a velocidade de rota��o da Terra com o tempo. Mas a velocidade de rota��o da Terra � constante, ou seja, n�o se observa essa diminui��o. Para satisfazer esse fato, houvesse o anulamento dessa for�a de atrito, existindo assim ventos de oeste que se anulariam a for�a de atrito dos ventos de leste. Os ventos na superf�cie ser�o:
Como a converg�ncia e diverg�ncia dos ventos na superf�cie est�o ligados � regi�es de baixa e alta press�o, respectivamente, � de se esperar uma faixa de baixa press�o na regi�o equatorial e em latitudes m�dias (~60�), e faixas de alta press�o em latitudes subtropicais (~30�) e polares. Essas regi�es existem. A regi�o de converg�ncia dos al�seos na regi�o equatorial � chamada �Zona de Converg�ncia Inter-Tropical�(ZCIT). As regi�es de alta press�o 30�N e 30�S , chamada �latitude dos cavalos�, possuem ventos calmos. As regi�es de baixa press�o 60�N e 60�S, s�o locais onde ocorre o encontro de massas de ar quente e �mido proveniente das regi�es subtropicais, com o ar firo e seco das regi�es polares, o que forma as conhecidas frentes frias e quentes e ciclones. Analisando essa atmosfera descrita numa se��o vertical, observamos o aparecimento de 3 pares de C�lulas de Circula��o, na escala global:
Porque o hemisfério norte é mais frio que o hemisfério sul?A resposta está na localização dos dois polos. Em termos geográficos, o polo Sul fica situado a 2800 metros acima do mar e o polo Norte está ao nível do mar. Apesar de o polo norte se localizar em cima de uma calota de gelo do mar do Oceano Ártico, ele é considerado mais quente.
Como se explica as diferenças de temperatura no hemisfério Norte e sul?A relação entre latitude e clima explica-se pela diferença de inclinação dos raios solares nas regiões equatoriais em relação às regiões temperadas e polares. O clima é um fenômeno altamente variável e muito sensível a qualquer alteração de ambiente, local e constituição física dos lugares.
Por que ocorrem as variações de temperatura?A defasagem entre temperatura e radiação resulta principalmente do processo de aquecimento da atmosfera. O ar absorve pouca radiação solar, sendo aquecido principalmente por energia provinda da superfície da Terra.
Por que a variação sazonal de energia solar recebida e menor no equador do que nos polos?Isso ocorre porque a região que abriga as áreas que estão mais ou menos próximas à Linha do Equador (chamada de região equatorial) recebe uma quantidade mais intensa de raios solares ao longo do ano, ao passo que as regiões polares (mais próximas dos polos sul e norte) recebem em menor intensidade o calor do sol.
|
Por que o Hemisfério Norte da Terra sofre mais variação de temperatura em relação ao Hemisfério Sul?
Postagens relacionadas
direito autoral © 2024 estudarpara Inc.
