Física e Química da Atmosfera
Bloco de Química da Atmosfera
Exame de 27 de Junho de 2005
1. Calcule a temperatura efectiva da Terra. Explique, em pormenor, por que razão a temperatura média à superfície é consideravelmente superior a esse valor. (2 val.)
Dados: FS=1.37 kW m-2, A=0.31, σ=5.67×10-8 W m-2 K-4.
2. Considere o oxigénio e ozono atmosféricos.
a) Esboce o perfil vertical de concentração do ozono, justificando a sua forma. (1 val.) b) Defina ozono total (ou integrado). Qual a importância desta grandeza? Como varia
com a latitude? (1 val.)
c) Para o ozono, o limiar de informação à população, atingido pontualmente em Lisboa, é de 180 µg/m3
. Quais são os valores correspondentes em ppbv e em mol dm-3 ? (1 val.)
d) Indique os mecanismos de formação e consumo do ozono na troposfera e na estratosfera. (2 val.)
e) Explique a fotodissociação do oxigénio molecular através de um diagrama de curvas de energia potencial. (1 val.)
Física e Química da Atmosfera
Bloco de FÍsica da Atmosfera
Exame de 27 de Junho de 2005
I (4.8 val.; 0.5 val./questão)
Atribua a cada uma das afirmações seguintes, sem justificar, uma das classificações
Verdadeiro (V), Falso (F).
1.
O vento de temperatura de uma camada sopra perpendicularmente às linhas de espessura, na direcção dos valores mais baixos da espessura.2.
Na larga escala, o movimento vertical é fundamentalmente determinado pela divergência horizontal.3.
Se a espessura da camada 1000/500 hPa é de 5400 m em Lisboa e de 5250 m em Santarém então o ar da camada é mais frio em Lisboa.4.
Numa atmosfera barotrópica o gradiente horizontal de temperatura sobre uma superfície isobárica é nulo.5.
Uma baixa fria enfraquece em altitude.6.
O aquecimento diferencial provoca baroclinicidade.7.
Aguaceiros podem cair de cirrocúmulos ou de cirros.8.
Se a aceleração for nula, então a componente ageostrófica do movimento é também nula.9.
Na larga-escala, o movimento vertical é subsidente quando a velocidade vertical isobárica15.
Advecção de ar frio nos níveis inferiores da troposfera e advecção de ar quente nos níveis superiores são processos que desestabilizam a atmosfera.16.
Numa atmosfera condicionalmente instável, a instabilidade só se manifesta depois de a partícula em ascensão atingir a saturação.II (2.4 val.; 0.6 val./questão) Responda às questões justificando as respostas:
a) Explique por que razão a alta dos Açores é um sistema profundo na troposfera. b) Discuta as soluções da equação do vento do gradiente no caso 0, >0
∂ ∂ < n p R , no
hemisfério sul. Indique qual o equilíbrio de forças e classifique a circulação.
c) Explique o que se deve entender por vento do gradiente e indique claramente as diferenças relativamente ao vento geostrófico.
d) Explique o que é a componente ageostrófica do movimento e qual a sua importância.
III (1.8 val.; 0.9 val./questão)
1. Num dado local, à latitude de 40ºN, a intensidade do vento do gradiente, num ponto de um sistema depressionário situado à distância de 500 km do centro, é de 13 m/s. Calcule, no mesmo ponto, a intensidade do vento geostrófico.
2. No bordo oeste de uma depressão no hemisfério norte, o vento sopra de norte com a intensidade de 10 m/s, num ponto situado a 250 km do centro da depressão. Determine a intensidade, direcção e sentido da força centrífuga nesse ponto.
IV (3 val.)
Responder a este grupo numa folha SEPARADA e IDENTIFICADA
1. Explique porque é que o gradiente de temperatura adiabático seco é maior que o gradiente de temperatura do adiabático saturado? Quais as propriedades que se conservam nesses dois processos? (0.5 val.)
km K dz l d C C g dz dT km K C g dz dT v s pmass pmass SALR pmass DALR / 5 ) ( 1 / 8 . 9 − = − − = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = − = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ω
O DALR é maior que o SALR porque no SALR há libertaçao de calor pela condensação de vapor de água.
No DALR conserva-se a temperatura potencial, que é a temperatura que uma particula teria se fosse levada por um processo adiabatico e quase-estático até aos 1000mbar:
T P Ra/Cp 1000 − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = θ Como 1.4 718 1005 / 1 1 1 1 1 1 = = = + = − − − −
∑
Jkg K K Jkg c c N c N v p i i γ , vem que P γ T γ θ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = 1 1000No SALR conserva-se a temperatura potencial equivalente, que é a temperatura potencial que uma particula saturada teria se todo o seu vapor de água condensasse e o calor latente libertado fosse utilizado para aquecer a particula, num processo isobárico. No tefigrama, é o mesmo que levar a particula, primeiro à saturação e depois a pressões muito baixas de modo que todo o seu vapor de água condense.Depois trazer a particula por um processo adiabático seco até ao seu nível inicial de pressão, e no caso da T potencial, aos 1000mbar:
⎞ ⎛l ω (T )
2. Considere a radiosondagem para o dia 25 de Junho de 2005.
Altitude (m) P (mbar) T (ºC) Tdew (ºC)
0 1000 21 14 500 940 15 10 1000 890 12 8 1500 840 8 5 2000 790 10 -11 3000 700 5 -28 4000 620 0 -15
a. Determine a pressão, temperatura e altitude do nível de Condensação por Ascensão (NCA) de uma partícula que ascende a partir do nível de maior Humidade Relativa. (1 val.)
Nível de maior Humidade Relativa: menor diferença T-Tdew = 840mbar NCA a partir dos 840 mbar: P = 800mbar, T = 4ºC,
m z g T R P P Ln z T R Pg g dz dP a a /9.8 1500 1899 2 4 8 273 2896 . 0 314 . 8 840 800 ln / / / 1 1 2 2 ⎟ + = ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = ⇔ − = − = ρ
b. Determine a Humidade Relativa, a Temperatura Potencial, Temperatura Potencial Equivalente, Temperatura Potencial Equivalente de Saturação, ao nível de pressão com maior Humidade Relativa. (1 val.)
8125 . 0 8 5 . 6 ) ( ) ( ) ( ) ( = = = = T T T T HR s dew s s ω ω ω ω
C K T P Ra Cp º 06 . 22 06 . 295 ) 8 273 ( 1000 840 1000 28 . 0 / = = + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = − − θ Pelo tefigrama: C C e 40º º 22 = = θ θ
c. Determine a pressão no nível de Convecção Livre (NCL) de uma particula de ar que ascende a partir do nível considerado na alínea anterior, se tal for aplicável. Justifique. (0.5 val.)
A partir dos 840mbar, não existe nível de Convecção Livre, porque a Tparticula é sempre inferior à Tatm. C K K Jkg kg g Jg c T T l ar ar vapor vapor pmass NCA NCA s v NCA e 312.59 39.59º ) 4 273 ( 1005 5 . 6 2501 exp ). 4 273 ( 1000 800 ) ( exp 1 1 1 1 28 . 0 = = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = − − − − −
