Inversão Térmica

O que é

A Inversão Térmica é o fenômeno em que a temperatura aumenta com a altitude, em contraposição à condição normal, que é diminuir com a altitude.

Estas inversões afetam frequentemente as camadas finais de ar junto à superfície do solo durante o solstício de inverno.

Tal fato, se ocorrer em centros urbanos, impede o ar poluído de se dissipar, o que ocasiona sérios problemas de saúde.

DESLOCAMENTO DO AR

O deslocamento de ar na superfície da terra causa um efeito, que todos conhecemos, o vento.

O que é menos lembrado é que este deslocamento tem duas direções: horizontal e vertical.

O vento horizontal é muito usado para a impulsão de veleiros e a sua ausência, pouco apreciada pelos esportistas, é conhecida como calmaria.

Os movimentos verticais são essenciais nos voos de planadores, asas delta e de toda sorte de aves.

O deslocamento vertical de massas de ar deve-se ao esfriamento progressivo da atmosfera com a altitude. Na superfície da terra está quente e, a medida que sobe, fica cada vez mais fria. Deste modo, haverá vento vertical e os poluentes dispersam com facilidade.

“PADRÕES NORMAIS DE CIRCULAÇÃO DO AR”

A ausência do vento vertical é denominada inversão térmica.

Inversão Térmica

Fenômeno meteorológico que pode ocorre em qualquer parte do planeta, principalmente em metrópoles e principais centros urbanos. Costuma acontecer no final da madrugada e no início da manhã, particularmente nos meses de inverno.

No fim da madrugada, dá-se o pico de perda de calor do solo por irradiação. É quando registram-se as temperaturas mais baixas, no solo e no ar. Quando a temperatura próxima ao solo cai abaixo de 4ºC , o ar frio, impossibilitado de elevar-se, fica retido em baixas altitudes. Camadas mais elevadas da atmosfera são ocupadas com ar relativamente mais quente, que não consegue descer.

Ocorre, assim, uma estabilização momentânea da circulação atmosférica em escala local, caracterizada por uma inversão das camadas: o ar frio fica embaixo e o ar quente acima, fenômeno definido como inversão térmica.

SITUAÇÃO DE INVERSÃO TÉRMICA

( ausência de circulação vertical)

Logo após o nascer do sol, à medida que vai havendo o aquecimento do solo e do ar próximo a ele, o fenômeno vai gradativamente desfazendo-se. O ar aquecido sobe e o ar resfriado desce, voltando a ter circulação atmosférica . A inversão térmica se desfaz.

Como já foi dito, esse fenômeno pode ocorrer em qualquer lugar do planeta, porém é mais comum em lugares onde o solo ganha bastante calor durante o dia, mas em compensação perde muito à noite, tornando as baixas camadas atmosféricas muito frias e impossibilitando sua ascensão.

Assim, um ambiente muito favorável para a ocorrência da inversão térmica são justamente as grandes cidades. Pelo fato de apresentarem grande área construída, portanto desmatada e impermeabilizada, as grandes cidades absorvem grande quantidade de calor durante o dia. À noite, no entanto, perdem calor rapidamente.

É justamente aí que está o problema: com a concentração do ar frio nas camadas mais baixas da atmosfera, ocorre também a concentração de toneladas de poluentes, emitidos por várias fontes, o que agrava sobremaneira o problema da poluição em baixas camadas da atmosfera, constituindo um sério problema ambiental em centros urbano-industriais.

Os problemas de saúde causados pela inversão térmica são, entre outros: pneumonia, bronquite, enfisemas, agravamento das doenças cardíacas , mal-estares, irritação dos olhos…

Inversão Térmica

Para melhor entender melhor o fenômeno do efeito estufa, observe o quadro abaixo:

I) A medida que o dia vai passando, a lâmina de ar que está em contato com a superfície vai se aquecendo.

II) Uma vez aquecido, o ar tem sua densidade diminuída e tende a subir para as camadas mais altas da atmosfera. Este é um fenômeno muito importante para a renovação do ar, pois quando ele sobe, leva consigo toda a infinidade de substâncias e partículas poluentes liberadas ao longo do dia. Nas altas camadas atmosféricas, esta poluição dispersa e acaba por se distribuída para todo o planeta.

III) Durante o fenômeno da inversão térmica verifica-se a interposição de uma camada de ar quente entre a superfície e massa de ar frio do alto. Assim, o ar superficial está impossibilitado de subir. Note que a ideia de inversão térmica surge da inversão de temperatura provocada pela presença da massa de ar quente, isto é, normalmente a temperatura é mais alta na superfície e mais fria nas camadas superiores. Com o estacionamento de uma massa de ar quente em uma determinada região, este quadro se inverte, pois a temperatura da camada superior fica maior que a superficial (inversão térmica).

Uma vez estabelecida a inversão térmica, o ar superficial não pode subir, nem os poluentes tampouco conseguirão se dispersar. Portanto, enquanto durar o fenômeno, a lâmina superficial de ar não será renovada, o que pode causar sérios problemas em áreas poluídas

Tipos e Causas de Inversões Térmicas

1) Inversão térmica por radiação: Normalmente no inverno sem a presença de nuvens.
2) Inversão de superfície por advecção: noites sem nuvens no inverno quando ocorre advecção de ar.
3) Inversões de fundo de vales: Ar frio acima dos morros desce para os vales por ser mais pesado.
4) Inversão de subsidência: Quando ocorre descida de ar de níveis mais elevados da troposfera e aquecem o ar mais abaixo.
5) Inversão frontal: Produzida ao longo da atuação da frente (superfície de separação de 2 massas de ar).

O que é

Em condições normais, existe um gradiente de diminuição de temperatura do ar com o aumento da altitude (o ar é mais frio em lugares mais altos).

Ao longo do dia, o ar frio tende a descer (por que é mais denso) e o ar quente tende a subir (pois é menos denso), criando correntes de convecção que renovam o ar junto ao solo.

Em algumas ocasiões e locais (especialmente junto a encostas de montanhas ou em vales) ocorre uma inversão: uma camada de ar frio se interpõe entre duas camadas de ar quente, evitando que as correntes de convecção se formem.

Dessa forma, o ar junto ao solo fica estagnado e não sofre renovação. Se houver uma cidade nessa região, haverá acúmulo de poluentes no ar, em concentrações que podem levar a efeitos danosos. Um exemplo de cidade brasileira que sofre com a inversão térmica é São Paulo.

O deslocamento de ar na superfície da terra é de todos conhecido: é o vento.

O que é menos lembrado é que este deslocamento tem duas direções: horizontal e vertical.

O vento horizontal é muito usado para a impulsão de veleiros e a sua ausência, pouco apreciada pelos esportistas, é conhecida como calmaria.

Os movimentos verticais são essenciais nos voos de planadores, asas delta e de toda sorte de aves. Sua ausência é denominada de inversão.

O deslocamento vertical de massas de ar deve-se ao esfriamento progressivo da atmosfera com a altitude.

Na superfície da terra está quente e, a medida que sobe, fica cada vez mais fria. Deste modo, haverá vento vertical e os poluentes dispersam com facilidade (lado esquerdo da figura). Porém, se uma camada de ar quente interrompe este esfriamento gradual, ou seja, ocorre uma inversão térmica, haverá uma parada no deslocamento vertical da massa de ar (lado direito da figura abaixo).

E quanto mais próximo for da superfície a inversão térmica, digamos a 200-300 metros de altitude, maior será a concentração dos poluentes em cima da cidade.

Este fenômeno pode ser visto com frequência sobre a cidade de São Paulo porque o ar poluído fica completamente separado do ar puro pela inversão térmica.

O nevoeiro é uma nuvem com a base próxima ou junto à superfície. Não há diferença física entre o nevoeiro e a nuvem, porque elas apresentam a mesma aparência e estrutura. A diferença essencial é o método de desenvolvimento e aonde a formação ocorre. Nuvens formam-se quando o ar ascende e resfria adiabaticamente. Nevoeiro forma-se quando o resfriamento do ar, ou a adição de vapor de água por evaporação, causam saturação. Nevoeiro é geralmente considerado um perigo da atmosfera.

Quando o nevoeiro é leve, visibilidade é reduzida a 2 ou 3 quilômetros. Quando é denso, visibilidade pode ser reduzida a 12 metros ou menos, tornando transportação não somente difícil, mas também perigosa. Estações meteorológicas reportam nevoeiro somente quando a visibilidade é reduzida a 1 quilômetro ou menos.

Nevoeiro de Resfrio

Condensação produz nevoeiro quando a temperatura de uma camada de ar na superfície cai abaixo do seu ponto de orvalho. Dependendo das condições prevalentes, a superfície pode ser obscura por vários tipos de nevoeiro. O nevoeiro radiação é o resultado do resfrio radiacional da superfície e o ar adjacente.

Este é um fenômeno noturno e requer céu claro e valores altos de umidade. Nestas condições, a superfície e o ar adjacente serão resfriados rapidamente. Por causa da umidade elevada, somente um pouco de resfrio abaixará a temperatura ao ponto de orvalho. Se o ar é calmo, o nevoeiro pode ser irregular, estendendo-se verticalmente a menos de um metro. Ventos leves de 3 a 4 km/h podem causar turbulência e permite o nevoeiro estender-se intacto de 10 a 30 metros.

Porque o ar que contém o nevoeiro é relativamente frio e denso, ele desce nos terrenos montanhosos. Por esta razão, nevoeiro radiação é mais denso nos vales, enquanto que as montanhas ao redor são claras. Normalmente, estes nevoeiros dissipam-se dentro de 1 a 3 horas depois do por do sol. As vezes, as pessoas falam que o nevoeiro levanta, mas isto não é correto. A radiação solar penetra o nevoeiro e aquece a superfície, causando o aumento da temperatura do ar adjacente. Algumas das gotículas do nevoeiro evaporam-se no ar mais quente e permite mais radiação solar atingir a superfície. O aquecimento do ar na superfície causa o nevoeiro evaporar-se rapidamente e desaparecer completamente. Se a camada de nevoeiro é mais grossa, ela pode não se dissipar e uma camada de nuvens stratus pode cobrir a região. As vezes, este tipo de nevoeiro é chamado de nevoeiro alto.

Nevoeiro radiação

Nevoeiro advecção

Quando ar úmido e quente move-se sobre uma superfície suficientemente mais fria, o ar úmido pode se resfriar ao ponto de saturação e formar nevoeiro advecção.

O nevoeiro advecção é a consequência de ar liberando calor para a superfície abaixo durante movimento horizontal. Um bom exemplo são os frequentes nevoeiros advecção ao redor do Golden Gate Bridge em San Fransisco nos EUA. É necessário haver turbulência (normalmente ventos de 10 a 30 km/h) para seu desenvolvimento adequado. Turbulência facilita resfrio através de uma camada mais densa de ar, e também levanta o nevoeiro para altas altitudes.

Em contraste de nevoeiros radiação, nevoeiros advecção são persistentes e estendem-se normalmente de 300 a 600 metros.

O nevoeiro ascendente de montanha forma-se quando ar relativamente úmido ascende na inclinação de uma planície, morro ou montanha. O ar ascendente expande-se e resfria-se adiabaticamente. Somente este tipo de nevoeiro forma-se adiabaticamente. Uma camada de nevoeiro extensivo pode se formar se a temperatura do ar atinge o ponto de orvalho. Nevoeiros ascendentes de montanha podem existir por muitos dias.

Outros exemplos destes nevoeiros são comuns. Cape Dissapointment em Washington nos EUA é uma localidade aonde ocorrem provavelmente mais nevoeiro no mundo. A estação meteorológica registra uma média anual de 2552 horas (106 dias) de nevoeiro. Estes nevoeiros são produzidos durante o verão e princípio de outono, quando ar umido e quente do Oceano Pacífico move-se sobre a fria Corrente de California. Durante o mesmo tempo do ano, ar movendo atravéz do quente Gulf Stream encontra a terra mais fria das Ilhas Britanicas, e produz os nevoeiros densos da Inglaterra. Nevoeiro forma-se similarmente assim como ar marítimo move-se sobre uma superfície de gelo ou neve. Em ar ártico extremamente frio, cristais de gelo formam-se ao invés de gotículas de água, e produzem nevoeiro de gelo.

Previsão do Tempo e do Clima

Como podemos saber o que vai acontecer com o tempo?

Antes de prever o que vai acontecer, é necessário conhecer e entender o comportamento do tempo e suas causas. O tempo pode ser considerado como o assunto mais frequentemente discuto no dia a dia. Influencia nosso modo de vida e até o modo como nos sentimos Ao longo dos séculos, observadores do céu e dos ventos tais como navegadores pastares e agricultores, acumularam certos conhecimentos práticos que tornaram possível a previsão de algumas mudanças iminentes do tempo.

Como se formam as nuvens?

As nuvens parecem surgir do nada, mas, na verdade, o ar contém vapor d’água, resultado da evaporação, e minúsculas partículas como poeira, fumaça e sal, suficientemente leves para permanecerem suspensas no ar. A condensação e a sublimação do vapor d’água ocorrem em torno dessas minúsculas partículas, que são chamadas de núcleos de condensação. Se não fosse por essas impurezas, seria necessária uma umidade muito grande para formar as nuvens. A quantidade de vapor d’água no ar varia com a temperatura, quanto mais quente, maior a quantidade de vapor, sem que comece a ocorrer condensação. A temperatura a partir da qual o vapor d’água começa a condensar é chamada de ponto de orvalho. Quando o ar atinge a máxima quantidade de vapor d’água que é capaz de conter, dizemos que atingiu o ponto de saturação ou que está saturado. Quando ocorre elevação de ar úmido, o resfriamento pode levar o ar à saturação. Após a saturação, qualquer resfriamento adicional produzirá a condensação ou a sublimação do vapor d’água, formando gotículas de água e cristais de gelo. Se a temperatura é suficientemente baixa, ocorre a sublimação, ou seja, o vapor d’água passa diretamente a cristais de gelo. Essas gotículas de água e cristais de gelo são frequentemente muito pequenas e permanecem em suspensão formando as nuvens.

A precipitação ocorre quando algumas gotículas ou cristais de gelo da nuvem crescem até um tamanho suficientemente grande para cair sob a ação da gravidade.

Este crescimento pode acontecer de várias formas. Um processo que ocorre usualmente é a coalescência, ou seja, a união de gotículas que colidem, devido à turbulência no interior da nuvem. A gotícula resultante sofre menor resistência do ar e cai mais rapidamente, colidindo com gotículas menores em seu caminho, incorporando-as e continuando a crescer. Essa gotícula passa a se chamar gota de chuva quando deixa a base da nuvem.

O que provoca o vento?

O vento é o resultado da movimentação do ar, que ocorre devido às diferenças de pressão atmosférica. Em locais com pressão mais baixa, as moléculas do ar estão mais afastadas, enquanto que, em regiões de pressão mais alta, elas estão mais próximas. A atmosfera está sempre tentando estabelecer o equilíbrio entre as áreas de maior e menor concentração de moléculas, por isso o ar move-se das altas para as baixas pressões. Esse movimento é o que percebemos como vento.

Exemplo de formação de ventos

A EVOLUÇÃO ATRAVÉS DOS TEMPOS

Até o inicio do século XIX, o modo de encarar o tempo era uma curiosa mistura de senso comum e superstição, e incluía milhares de regras, ditados esquisitos e provérbios. O senso comum era baseado nas conexões evidentes entre ventos, nuvens e o tempo. Eram escolhidas rimas para colocar essas observações na forma de ditados e provérbios. Muitos desses ditados foram originados com os pregos e incrementados com exageros através da Idade Média. Durante as grandes navegações, no final do século XV, os marinheiros ampliaram bastante esse senso comum para dar conta dos diferentes sistemas de vento e dos padrões de tempo que encontraram ao redor do mundo.

Através dos séculos, marinheiros, agricultores e outros tentaram fazer previsões baseadas no conhecimento e crenças de sua época e nas suas observações pessoais. No entanto essas previsões eram frequentemente mal sucedidas. Como não havia comunicações adequadas, os observadores não sabiam o que estava acontecendo além do horizonte e normalmente eram surpreendidos por tempestades que chegavam sem muito aviso. Isso mudou com a invenção do telégrafo e o nascimento da previsão sinóptica no século XIX. A previsão sinótica consiste na rápida obtenção e análise de observações do tempo feitas no mesmo horário na maior quantidade de localidades possível. Em 1849, foi estabelecida uma rede meteorológica ligada por telégrafo nos Estados Unidos. Os dados eram coletados por voluntários e era preparado um mapa sinóptico, diariamente, com os dados coletados no mesmo horário em todas as localidades observadas. Em 1857, uma rede meteorológica criada na França recebia dados de toda a Europa. Em 1861, na Grã-Bretanha, Robert FitzRoy criou um serviço de aviso de tempestades para a Marinha. Inicialmente, foi um grande sucesso e FitzRoy passou a disponibilizar suas previsões nos jamais. Mas, à medida que ocorriam os inevitáveis erros decorrentes do método utilizado e da falta de precisão das observações, criticas sarcásticos e severas do público e dos cientistas tornavam-se constantes.

Tomado por grande depressão, FitzRoy cometeu suicídio em 1865. Essas tais criticas sarcásticos foram uma praga para os provisores que se seguiram.

Apesar das criticas, a previsão sinóptica foi ganhando cada vez mais força, a partir de 1860, com a formação de organizações meteorológicas nacionais em vários países. As duas grandes guerras mundiais forçaram os governantes a despender grandes esforços para monitorar e prever o tempo, pois as suas variações podiam ter grande influência no desenrolar das batalhas. O progresso da Meteorologia foi muito favorecido pela tecnologia desenvolvida durante a guerra. São resultado desse desenvolvimento tecnológico as radiosondas, balões carregando instrumentos meteorológicos e transmitindo, via rádio, os dados das camadas de ar acima do solo, e os radares, utilizados na guerra para rastrear aeronaves inimigas e a chuva. Após a Segunda Grande Guerra, surgiram também os primeiros satélites artificiais. Com o uso de satélites, foi possível visualizar as nuvens e as tempestades a partir do espaço. Os meteorologistas ficaram extasiados.

Atualmente, a Meteorologia é uma ciência muito entrosada com a Física e com a Matemática. Uma enorme evolução da previsão de tempo ocorreu com o surgimento da previsão numérica, baseada em modelos que representam o movimento e os processos físicos da atmosfera. Através de equações com os valores do estado inicial da atmosfera, pode-se obter projeções para o futuro. Para resolver essas equações, são utilizados supercomputadores que estão longe do que conhecemos para uso doméstico.

A ideia da previsão através de processos numéricos de resolução de equações que representem o comportamento da atmosfera foi publicada pela primeira vez por Lewis Richardson, um matemático britânico, em 1922. Richardson levou muitos meses para fazer os cálculos necessários para produzir uma previsão para 24 horas no futuro. Mas as mudanças de pressão previstas por ele foram entre 10 e 100 vezes maiores do que as que realmente ocorreram, e já haviam ocorrido há muito tempo quando ele terminou a previsão!

O trabalho de Richardson, além de pioneiro, revelou os obstáculos que precisavam ser superados: um enorme número de cálculos tinham que ser feitos rapidamente, os dados que representavam o estado inicial da atmosfera eram inadequados, os modelos eram representações muito rudimentares da atmosfera, e os problemas com as técnicas matemáticas podiam resultar em pequenos erros que iam crescendo durante os cálculos. Quanto ao problema com a velocidade dos cálculos, Richardson estimou que para terminar as previsões antes dos fenômenos acontecerem seriam necessários 64.000 matemáticos equipados com calculadoras. Os computadores eletrônicos trouxeram a solução para o problema dos cálculos. Em 1950, foi feita, nos Estados Unidos, a primeira previsão numérica de tempo relativamente bem sucedida. O computador utilizado era gigantesco e ocupava toda uma sala. A partir de 1955, as previsões por computadores passaram a ser executadas regularmente nos Estados Unidos. Inicialmente, eram no máximo um pouco melhores que as tradicionais, mas foram melhorando rapidamente graças ao aparecimento de computadores cada vez mais rápidos, que permitiam o uso de modelos mais complexos, representando cada vez melhor a atmosfera. Paralelamente a essa evolução, houve a melhoria no conhecimento do estado inicial com o aumento progressivo na quantidade e qualidade dos dados inicia principalmente a partir do surgimento da Organização Meteorológica Mundial (WMO. World Meteorological Organization) em 1963.

Os computadores para previsão de tempo, além de serem “pesas pesados” em termos de velocidade de cálculos, precisam ter grande capacidade de memória. Esses supercomputadores realizam mais de um bilhão de contas por segundo!

PREVISÃO DE CLIMA

Previsão climática é uma estimativa do comportamento médio da atmosfera com um mês ou alguns meses de antecedência. Atualmente, para se fazer esse tipo de previsão, os Meteorologistas utilizem dois métodos, o estatístico e o dinâmico.

O Método Estatístico, com equações matemáticas e conceitos de estatística, utiliza um programa de computador chamado modelo estatístico, que, através de uma correlação entre duas ou mais variáveis, estima o prognóstico de uma delas. Já o Método Dinâmico, com equações matemáticas e conceitos físicos, utiliza um programa chamado modelo dinâmico. Esse modelo, através de equações físicas, simula os movimentos atmosféricos para prever os acontecimentos futuros.

Resultado ilustrativo de modelo

Desde 1995 o CPTEC/INPE é o único Centro Meteorológico na América Latina que operacionalmente produz previsões numéricas de tempo e clima para o Brasil e para o globo. Essas previsões são de grande importância para a tomada de decisões do governo federal em relação à agricultura e ao auxilio às populações que sofrem, por exemplo, com a seca no Nordeste.

O CPTEC vem experimentando a previsão de longo prazo, de um a três meses, empregando o seu modelo dinâmico, com resultados promissores. Além de obter as previsões de tempo e clima, o CPTEC recebe e processa dados climatológicos do Brasil e do mundo para monitorar a situação climática.

TIPOS DE NUVENS

CUMULUS HUMILIS

Cumulus é uma nuvem típica de verão. Quando o sol aquece a superfície, bolhas de ar morno sobem do solo, como balões de ar quente invisíveis. A um quilômetro ou mais acima da superfície, o vapor das bolhas se condensa em gotículas de água, formando pequenas nuvens que parecem flocos de algodão.

Nuvens de Cumulus pequenas, com até 100 metros de extensão, indicam bom tempo durante o resto do dia. As nuvens de Cumulus se dissolvem à noite, quando cessa o aquecimento pelo sol.

Cumulus humilis

CUMULUS CONGESTUS

Em uma atmosfera fria e úmida, as nuvens de cúmulos podem crescer e chegar a mais de 100 metros de extensão. O crescimento das nuvens continua desde que elas estejam mais quentes que o ar ao seu redor. As nuvens adquirem gradualmente a forma de uma couve-flor e alcançam posições mais e mais altas no céu. Se as nuvens adquirirem esse aspecto antes de meio dia, pode-se esperar pancadas de chuva à tarde.

Cumulus congestus

Fonte: www.enciclopediambiental.hpg.ig.com.br/ www.saudetotal.com/www.brasgreco.com/www3.cptec.inpe.br