Aula 2008 5 - Água na atmosfera

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Água na atmosfera

Walter Collischonn

IPH - UFRGS

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Tópicos

• o ar atmosférico

• vapor de água na atmosfera

• radiação solar e balanço de energia

• balanço geral da terra

• radiação no topo da atmosfera • radiação através da atmosfera • balanço de energia na superfície

» ondas curtas » ondas longas » albedo

» fluxo de calor sensível » fluxo de calor latente

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O ar atmosférico

• O ar atmosférico é uma mistura de gases em que predomina o nitrogênio (78%) e o oxigênio (21%). • O vapor de água no ar atmosférico varia até um

máximo próximo de 4%.

• Em percentagens menores o ar atmosférico também contém partículas orgânicas e inorgânicas, que têm um papel fundamental no ciclo hidrológico, pois

formam os núcleos de condensação do vapor de água nas nuvens.

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Troposfera

• A maior parte do ar atmosférico e do vapor de água encontra-se na camada mais próxima à superfície, chamada troposfera.

• Esta camada tem uma espessura de 10 a 12 Km. • A temperatura do ar na troposfera é maior ao nível

do mar e menor no topo da camada. O gradiente de temperatura é de aproximadamente 6,5 o_{C a cada}

quilômetro.

• Assim, se ao nível do mar a temperatura é de 20 o_C,

no topo da troposfera a temperatura é de, aproximadamente, -45 oC.

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Vapor de água no ar

• O ar atmosférico é uma mistura de gases entre

os quais está o vapor de água. A máxima

quantidade de vapor de água que o ar pode

conter é limitada, e é denominada

concentração de saturação (ou pressão de

saturação).

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Lei de Dalto

• De acordo com lei de Dalton cada gás que

compõe uma mistura exerce uma pressão

parcial, independente da pressão dos outros

gases, igual à pressão que exerceria se fosse o

único gás a ocupar o volume.

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Equação

          T T e_s 3 , 237 27 , 17 exp 611

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Umidade relativa

• A umidade relativa é a medida do conteúdo

de vapor de água do ar em relação ao

conteúdo de vapor que o ar teria se estivesse

saturado.

• Assim, ar com umidade relativa de 100% está

saturado de vapor, e ar com umidade relativa

de 0% está completamente isento de vapor.

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Umidade relativa

• onde UR é a umidade relativa;

• e é a pressão parcial de vapor no ar • e_s é pressão de saturação. s e e 100 UR  

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Temperatura de ponto de orvalho

• A temperatura de ponto de orvalho é definida

como a temperatura a qual o ar deve ser resfriado para que atinja o ponto de saturação de vapor.

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Temperatura de ponto de orvalho

• Para uma dada pressão de vapor (e) inferior à

pressão de saturação (es), a temperatura de

ponto de orvalho pode ser calculada por:

 

e

T

_d

ln

00421

,

0 0708

,

0 4926

,

0 ln









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Radiação solar e balanço de energia

• A radiação emitida por um corpo depende da sua temperatura

• Quanto maior a temperatura, maior a freqüência da radiação

• O SOL

• O sol emite radiação como um corpo negro a 6000 K, numa faixa de comprimentos de onda que vai desde ultravioleta até o infravermelho, com um máximo na faixa da radiação visível.

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Energia na atmosfera

Espaço

Atmosfera

Superfície (Terra + Oceanos)

Rad ia ç ã o S o lar in c ide n te 6 refle tida pelo ar 20 refle tida pe las nuve ns refl etida pe la su pe rfície 4 Absorvida na superfície 51 3 Absorvida pelas nuvens Absorvida pelo ar e poeira 16 ondas curtas 21 15 Emitida pela superfície 6 38 26 ondas longas Absorvida pelo vapor de H2O e CO2 Fluxo de calor sensível 7 23 Fluxo de calor latente Emitida pelas nuvens Emitida pelo vapor de H2O e CO2 100

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Balanço de energia da Terra

5 10 15 20 25 F lux o de en er g ia Comprimento de onda (m) chegando saindo

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Radiação no topo da atmosfera

• A radiação solar no topo da atmosfera, medida por sattélites, é da ordem de 1366 W.m-2_.

• Sobre a superfície da terra esta energia atinge áreas diferentes, de acordo com a latitude e a época do ano.

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Radiação no topo da atmosfera



s s



r W

TOP d sen sen cos cos sen

1000 392

, 15

(21)

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H __E R_n

G S

A_o A_i

Balanço de energia na superfície

radiação líquida (Rn ou R_L) fluxo de calor sensível (H) fluxo de calor latente (E)

fluxo de calor para o solo (G)

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Radiação de onda curta

S_SUP S_TOP

Topo da atmosfera

Radiação recebida no topo da atmosfera

Radiação que chega à superfície Radiação refletida

a.S_SUP

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Albedo

Tipo de superfície Albedo mínimo Albedo máximo

Água profunda 0,04 0,08

Solo úmido escuro 0,05 0,15

Solos claros 0,15 0,25

Solos secos 0,20 0,35

Areia branca 0,30 0,40

Grama, vegetação baixa 0,15 0,25

Savana 0,20 0,30

Floresta 0,10 0,25

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Radiação de onda longa

Topo da atmosfera

Radiação de onda longa emitida para a superficie

Radiação de onda longa emitida pela superfície

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H __E R_n

G S

A_o A_i

Fluxo de calor sensível

• O fluxo de calor sensível é o fluxo de

calor por convecção, que ocorre

porque a superfície se aquece e, assim, aquece o ar atmosférico em contato direto com a superfície. A turbulência provocada pelo vento se encarrega de redistribuir o ar aquecido para

camadas mais altas da atmosfera, resultando num fluxo de energia. O fluxo de calor sensível recebe este nome porque está relacionado à temperatura do ar, que pode ser “sentida” (Hornberger et al., 1998).

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H __E R_n

G S

A_o A_i

Fluxo de calor latente

• O calor latente é a parte da energia interna que não pode ser “sentida”, ou seja, não está relacionada à

temperatura, mas sim ao calor

latente de vaporização. O fluxo de calor latente é o fluxo de energia associado ao fluxo de água para

camadas mais altas da atmosfera, a partir da superfície. O fluxo de calor latente está, portanto, relacionado ao fluxo de água da superfície para a

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Latente x sensível

• Umidade do solo – existe água disponível para

evaporar?

• Umidade do ar – o ar é capaz de receber

umidade adicional?

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Fluxo de energia por advecção

H __E R_n G S A_o A_i

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Fluxos de energia na superfície

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Circulação geral do ar na atmosfera

• Como resultado do

aquecimento desigual, o ar fica mais aquecido em regiões próximas ao Equador.

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Circulação geral do ar na atmosfera

• Ar quente fica menos denso e tende a

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Circulação da atmosfera se a

Terra não girasse:

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Se analisarmos a circulação geral das massas de ar na Terra, podemos verificar a distribuição geral das precipitações...

...são as chamadas

Células de Hadley...

Circulação geral

aproximada

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circulação idealizada circulação real

IPH 01027 Precipitação

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Evaporação e evapotranspiração de

acordo com a latitude

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Células de Hadley

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