Prova I – AGM5818
Duração – 2 horas
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Questão 1
1) (2,0 pontos) A figura ao lado ilustra uma parcela de ar que ascende com velocidade vertical W a partir do nível Z1 com uma concentração de núcleos de condensação de nuvens (NCN) de 300 partículas/cm3.
No nível Z2 a parcela atinge o nível de condensação por levantamento e ao ascender até o nível Z3 observa-se a formação de uma nuvem com 200 gotículas de água por cm3. Entre os níveis Z3 e Z4
são observadas gotículas de água super-resfriada. Entre os níveis Z4 e Z5 são observadas gotículas de água super-resfriada, flocos de neve e algumas pedras de granizo. Entre os níveis Z5 e Z6 observam-se alguns cristais de gelo e acima do nível Z6 não são observados nenhum hidrometeoro. Baseado nesta descrição, responda as perguntas a seguir:
Figura. Formação de uma nuvem. Cada nível de altura esta indicado com a temperatura observada.
Questão 1
A partir da equação de Clausius Clapeyron é possível determinar quando uma parcela de ar está sub-saturada, saturada e
super-saturada em relação a água e ao gelo.
• a) (1,5 pontos) Descreva como a pressão de vapor da parcela de ar se encontrava entre os níveis Z1 e Z2, Z2 e Z3, Z3 e Z4, Z4 e Z5, Z5 e Z6 e acima de Z6 em relação à pressão de vapor de saturação da água e a do gelo. • b) (0,5 pontos) Como a concentração de
gotículas entre o nível Z2-Z3 seria se fosse observada uma velocidade vertical W
menor e maior. Justifique.
Figura. Formação de uma nuvem. Cada nível de altura esta indicado com a temperatura observada.
Questão 2
• 2) (2,0 pontos) Suponha que voce disponha de um câmara de difusão de vapor
(esquema abaixo) para medir a
concentração de núcleos de condensação de nuvens (CCN) ou núcleos de gelo (IN). A placa superior esta a uma temperatura T1 e a placa inferior a uma temperatura T2 (onde T1 ≠ T2). A umidade relativa sobre as placas é controlada para que o ar próximo a elas fique sempre a 100% de umidade relativa e a pressão atmosférica seja igual a do
ambiente (P). Como as massas são iguais, a distância entre as placas é utilizada para ponderar o valor da temperatura e pressão de vapor, por exemplo, quando a distância for igual a 1/2d , a T = (T1+T2)/2.
Questão 2
Assumindo que o processo de mistura sejaisobárico, responda as seguintes questões.
• (0,5 ponto) Desenhe o perfil de Saturação em função da distância entre as placas. Qual é a região aonde se espera encontrar a máxima saturação?
• (0,5 ponto) O que deve ser modificado na
configuração das placas para aumentar a super-saturação da câmara de CCN? (Obs. O valor máximo da UR nas placas é 100%).
• (0,5 ponto) A medida que a super-saturação da câmara de CCN aumenta, como a contagem de CCN varia?
• (0,5 ponto) O que deve ser modificado na
configuração das placas para contar os núcleos de gelo (IN)?
Questão 3
• 3) (2,0 pontos) Uma gota de água com raio Ro é introduzida na base de uma nuvem e é carregada verticalmente dentro da nuvem por um corrente ascendente com velocidade vertical constante “U”. Assuma que a gota coletora obedece a lei de Stoke’s (V = CR2) e
cresce somente pela coleta de gotículas menores de raio “r” (processo de colisão/coalescência). Derive uma equação para a espessura mínima da nuvem (H) necessária para obter a
precipitação. Deixe o seu resultado em função de Ro, U (corrente ascendente), Wl (conteúdo de água líquida), E (eficiência de coleta) e constantes. [Dica, negligencie “r” quando comparado com R, V(r) << V(R), assuma Wl e E como constantes, e a gota coletora começa a precipitar quando o seu tamanho proporciona que a força da
