Meteorologia

Meteorologia – Definição

Imagine por um segundo que você não seja um ser humano lendo um artigo na Internet, e sim uma pulga – e não qualquer pulga, mas uma que vive toda a sua vida no pelo de um urso. Dado um ambiente assim hostil, seria preciso aprender bem alguns fatos para garantir a sobrevivência. Que pontos o urso coça ou morde com mais frequência? Quando ele dorme? Onde fica o melhor sangue? Com que ferocidade atacou seus parasitas no passado, e como pode se comportar no futuro? Caso essa existência pareça desgastante, pense um pouco no ambiente terrível em que vivemos a cada dia.

Os seres humanos vivem na superfície externa da crosta da Terra, uma camada de 4,99 trilhões de toneladas de gases a que chamamos de atmosfera. Como no caso da pulga em nosso exemplo, nossas vidas podem depender exatamente da maneira como o ambiente que nos cerca se comporta. Em seus momentos mais amenos, o tempo alimenta nossas safras, nos oferece ar limpo para respirar e provê um ambiente em geral confortável. Mas nos dias ruins, a atmosfera, descrita de maneira mais completa em Como funciona o clima, gera nevadas fatais, calores escaldantes, inundações destrutivas e tempestades capazes de devastar cidades inteiras. Como qualquer parasita interessado em sobreviver, vale a pena saber o que o hospedeiro pode decidir fazer em seguida.

Se você já saiu correndo para a escola ou o trabalho de manhã sem verificar primeiro a previsão do tempo, você provavelmente não passou pelo equivalente: ser dilacerado pela garra de um urso. Talvez você tenha tropeçado no gelo da calçada ou o percurso para o seu destino tenha sido um pouco mais lento, mas tudo bem, não? No final do dia ainda haverá um jantar quente à sua espera na sua casa confortável.

Nossas vidas nem sempre estiveram tão protegidas contra o tempo, ainda que nos países em desenvolvimento e nos ambientes mais inóspitos, a sobrevivência diária ainda dependa da Mãe Natureza. A despeito das modernas salvaguardas contra secas e inundações, o tempo ainda pode prejudicar o abastecimento de água e comida, até mesmo nos países mais avançados. Mas no mundo antigo a capacidade de usar observações atuais e passadas para prever padrões meteorológicos fazia da pessoa mais que um meteorologista — fazia dela um xamã, um profeta, até mesmo um líder. Hoje, os meteorologistas acrescentam tecnologia moderna às suas observações, usando física e estatística para desempenhar serviço igualmente vital, ainda que não necessariamente os vejamos como profetas.

Neste artigo, examinaremos a meteorologia, o estudo científico da atmosfera e dos inúmeros fenômenos que a mantém em constante fluxo e turbilhão ao nosso redor.

Previsões do tempo no passado: plantas, animais e folclore

O reconhecimento de padrões é uma das propriedades essenciais da inteligência. O seu cachorro sabe que ganha presente se fizer um truque, porque você sempre lhe dá comida quando ela rola pelo chão. E você sabe que ganhará um pijama de Natal de sua tia porque já tem um armário cheio de pijamas horrorosos. Nossos cérebros aprendem e agem com base nos padrões que percebemos em torno de nós. Por sabermos o que houve antes, podemos antever o futuro.

Os seres humanos primitivos observavam animais e vegetação locais para ajudar a determinar o tempo. Quem precisa da meteorologia de TV quando há pássaros migratórios?

Os primeiros seres humanos observaram os padrões do tempo e aprenderam a antecipar mudanças que afetavam seu suprimento de alimentos ou seu bem-estar. Criaram nomes para as estações do ano e até mesmo formas de calendário que orientavam suas jornadas e, mais tarde, o ciclo de cultivo de suas safras. As pessoas sabiam que o tempo seria baseado em suas experiências cumulativas, assim como o que foi passado pelos seus ancestrais. Por exemplo, certas tribos de aborígenes australianos preservam 18 mil gerações de observações sobre o tempo local [fonte: BBC]. Fora de seu território, esse conhecimento logo perde o valor, mas a compreensão deles sobre a meteorologia pode incluir muitos detalhes locais. Uma tribo pode reconhecer entre duas e seis estações, a depender dos fatores de precipitação e temperatura.

Os primeiros seres humanos aprenderam que a queda da temperatura estava associada à aproximação do inverno. Conheciam a aparência do céu e os cheiros que precedem um temporal. E, se os seus sentidos não lhes bastavam, se voltavam a indicadores oferecidos pela natureza: os ciclos de vida de diversas formas de vegetação e as migrações de animais. Além disso, muitas espécies de animais estão mais sintonizadas às mudanças na pressão do ar e da água que muitas vezes sinalizam tempestades e outras mudanças na atmosfera.

Muito antes que os seres humanos inventassem aparelhos para medir essas condições, eles simplesmente observavam os campos e os céus. Os animais reconhecem padrões sutis na atmosfera, e nós reconhecemos padrões em seu comportamento de resposta. As tradições desse tipo são mantidas ainda hoje nas páginas de almanaques rurais e em práticas como a do “Dia da Marmota”. Para aprender mais sobre a relação entre animais e o tempo, leia Os animais podem prever o tempo?

Acompanhar o tempo em uma região ou território tribal é uma coisa, mas mapear padrões atmosféricos em escala mundial é empreitada bem diferente. Ao longo dos últimos séculos, se desenvolveu a meteorologia sinóptica, ou a ideia de mapear o tempo de maneira abrangente em uma grande área. Ao comparar condições de tempo simultâneas em áreas adjacentes, os cientistas se tornaram mais capazes de prever condições em uma área mais ampla e de fornecer a espécie de mapa do tempo que vemos na TV e na Internet a cada dia.

Como os meteorologistas registram as condições do tempo hoje? Leia a próxima página para descobrir como determinamos o que o tempo está aprontando agora.

A meteorologia hoje: barômetros, termômetros e higrômetros

Você provavelmente já ouviu dizer que quanto mais palpiteiros houver, piores os resultados, talvez como referência a um disco, uma empresa ou até uma equipe esportiva. A ideia é que, quanto mais pessoas estiverem envolvidas em um projeto, maior chance de que o resultado cause confusão, seja chato ou simplesmente horrível. De certa forma, a atmosfera é uma dessas situações em que há fatores demais dando palpite: gravidade, luz solar, rotação, zonas de pressão conflitantes, oceanos frios, desertos quentes, cadeias de montanhas e correntes de ar fortíssimas, para mencionar alguns. Essas forças constantemente forçam a atmosfera a se mover, e compreender o que ela está fazendo a cada dado momento requer muito estudo e observação.

Três das propriedades essenciais da atmosfera são a pressão do ar, a temperatura do ar e a umidade. Para realmente entender o que está acontecendo, é preciso que essas condições sejam medidas. Por isso, a meteorologia não emergiu realmente como ciência antes do século 17, quando foram inventados o barômetro, que mede confiavelmente a pressão do ar, e um termômetro preciso para medir temperaturas. Antes do final do século, os cientistas também desenvolveram higrômetros confiáveis para medir a umidade. Esses instrumentos, bem como medidores do nível de chuva, permitiram melhoras no planejamento agrícola e nas viagens marítimas.

Mas para obter uma visão verdadeiramente sinóptica sobre as condições correntes do tempo, é necessária uma maneira de se comunicar com os observadores de outras regiões. A invenção do telégrafo, em 1837, tornou isso possível. Por volta da metade do século 19, os meteorologistas de diversas estações eram capazes de se comunicar rapidamente uns com os outros e montar o quadro geral.

A meteorologia do futuro: modelos numéricos de previsão do tempo

A tecnologia moderna permite que meteorologistas compreendam a atmosfera da Terra de forma inédita, e lhes oferece um ponto de vista excelente para observar o tempo do planeta. Mas como eles traduzem essas observações em uma previsão razoável daquilo que o tempo continuará a fazer?

Por volta do final do século 19, os meteorologistas estavam usando balões meteorológicos para estudar as camadas superiores da atmosfera. Ao fazê-lo, conseguiram descobertas essenciais sobre a pressão do ar em altitude elevada e os padrões do vento. Com isso, eles puderam descobrir o papel desempenhado pelos centros de baixa pressão na determinação de padrões meteorológicos. Você já deve ter visto o apresentador apontar para eles em uma previsão do tempo na TV. O ar mais frio e denso avança em espiral para áreas mais quentes e de pressão mais baixa, vindo de regiões vizinhas. Isso leva o ar quente a subir para a parte superior da atmosfera, onde se espalha para todos os lados. Essas formações são conhecidas como ciclones (não confundir com furacões e tufões, que em algumas regiões recebem o nome de ciclones.)

Mas essa elevação do ar não acontece apenas em um centro de baixa pressão. Também acontece quando duas massas de ar colidem em uma frente. Em ambos os casos, o ar elevado muitas vezes forma nuvens e sistemas de tempestades. Com essas descobertas, os meteorologistas estavam mais preparados para prever o tempo. Não estavam mais apresentando palpites informados baseados em reconhecimento de padrões, mas sim compreendendo como funciona a atmosfera.

No século 20, os avanços na aviação tornaram possível um estudo melhor da atmosfera superior, e novas tecnologias de rádio permitiram que os meteorologistas acrescentassem equipamentos sensíveis aos seus balões, que subiam a altitudes ainda maiores — uma prática que continua. De maneira semelhante, bóias meteorológicas equipadas com rádios comunicavam as condições vigentes no mar, entre as quais a temperatura da água, a velocidade do vento e a altura das ondas. Depois da Segunda Guerra Mundial, os cientistas começaram a usar o radar para estudar o tempo, porque essa tecnologia tornava possível detectar chuvas, além de aviões.

Em 1960, novo avanço foi acrescentado para ampliar nossa capacidade de observar e medir a atmosfera da Terra: o satélite meteorológico. Ao colocar esses observatórios automatizados em órbitas polares de norte a sul e órbitas geoestacionárias de leste a oeste, os seres humanos conseguiram ver a atmosfera de fora, de um ponto de vista realmente sinóptico. Os satélites meteorológicos oferecem mais que uma visão extraterrestre do clima: também portam sensores que medem temperatura, umidade e radiação solar.

Uma coisa é saber o que está acontecendo agora, mas como os meteorologistas transformam esses dados em uma ideia sobre o que vai acontecer amanhã? Leia a próxima seção para descobrir.

Meteorologista monitora os movimentos de um furacão para tentar prever seu trajeto

Em lugar de simplesmente observar as condições correntes e estimar o futuro com base em observações passadas, os meteorologistas criam modelos de previsão de tempo numéricos (NWP). Os modelos são cálculos objetivos, baseados em dados físicos que, quando processados por um computador, predizem como será o tempo no futuro. As equações envolvidas nesses modelos são complexas e envolvem múltiplas variáveis atmosféricas. Essas variáveis deixam certa margem de erro, de modo que quanto mais distante no futuro for a data para a qual se deseja a previsão, maior a chance de erro.
Observe qualquer previsão de tempo hora a hora: a previsão para cada hora é um passo para o futuro possível. A previsão inicial (por exemplo, a de como estará o tempo dentro de uma hora) resulta da aplicação de um modelo de computador ao tempo que temos agora. Depois, para conseguir um modelo sobre que tempo teremos em duas horas, as diversas equações são aplicadas ao primeiro modelo obtido. Assim, embora a previsão inicial se baseie em dados reais, a segunda se baseia em condições previstas, que podem ser menos que precisas. Cada previsão subseqüente eleva a possibilidade de erro. Por isso, os modelos NWP se tornam cada vez menos precisos quando avançam para o futuro.

Os meteorologistas vêm constantemente melhorando os modelos NWP, desde os anos 80. Ao alterá-los constantemente, criaram equações mais precisas e com menor margem de erro. Outra técnica, conhecida como Estatística de Produção de Modelos, melhora a previsão do tempo ao tomar o modelo NWP, baseado em condições atuais, e extrapolá-lo para comparar com as condições passadas de superfície em dada região. O método essencialmente usa leituras meteorológicas do passado para compensar alguns dos erros inerentes ao modelo NWP.

Homens do tempo X meteorologistas

Qual é a diferença entre um meteorologista e o homem do tempo na TV? Enquanto o primeiro é um cientista diplomado em meteorologia ou ciências atmosféricas, o homem do tempo não necessariamente tem formação científica. De fato, Narciso Vernizzi e Sandra Annenberg não são meteorologistas, ainda que tenham ganhado fama apresentando previsões do tempo.

A despeito dos avanços continuados na meteorologia, não espere previsões infalíveis em breve. Ao considerar as numerosas variáveis em um modelo NWP, é importante perceber até que ponto uma pequena discrepância pode fazer diferença. Em 1961, o meteorologista e criador da teoria do caos Edward Lorenz decidiu considerar as diferenças que um modelo poderia sofrer com uma discrepância de um único ponto decimal. Com base nesse estudo, ele cunhou o termo efeito borboleta, definido pela questão: “Quando uma borboleta bate as asas no Brasil, ela está causando um tornado no Texas?”

Mas embora a previsão do tempo esteja longe de ser infalível, a meteorologia já salvou incontáveis vidas ao permitir que cientistas prevejam onde um tempo muito severo vai surgir, e alertem as pessoas com antecedência. A previsão semanal do tempo pode não ser perfeita, mas nossa compreensão sobre o complexo conjunto de movimentos da atmosfera em que vivemos tampouco o é.

Meteorologia – O que é 

A meteorologia é a ciência que estuda os fenômenos atmosféricos e está diretamente ligada à prática da astronomia. Para entender como as previsões meteorológicas são feitas e como os dados em que esta ciência se baseia para tais previsões são coletados, vamos estudar alguns dos instrumentos do meteorologista (profissional dedicado à meteorologia).

Os dados coletados por instrumentos simples ganham fundamental importância quando adicionados a outros dados, obtidos por sistemas mais complexos como os radares, balões e satélites meteorológicos, os quais nos fornecem imagens das formações de nuvens sobre a terra em tempo real.

As previsões meteorológicas atuais são feitas por computadores de alta velocidade que analisam um enorme volume de dados históricos e medições recentes, coletadas por milhares de estações espalhadas por todo o mundo, além de dados recebidos via satélites.

Objetivo

Conhecer e construir instrumentos de coleta de dados para o registro histórico e previsões meteorológicas.

Estação meteorológica

Uma estação de coleta de dados meteorológicos é um local adequado e bem planejado, que contém um conjunto de instrumentos aptos a fornecerem: a temperatura, a direção e velocidade dos ventos, os volumes de precipitações, o tempo de insolação, a umidade da atmosfera, a capacidade de evaporação etc.

Os dados da coleta diária e os históricos desses dados de anos anteriores é que nos permitirão fazer comparações e ‘arriscar’ a prever como se comportará o clima no futuro. Às vezes esta é uma necessidade imediata e a probabilidade de acerto está diretamente ligada à extensão do nosso conhecimento.

Por exemplo,

Qual é a probabilidade de observarmos o eclipse total do Sol no amanhecer do dia 29 de março de 2006, em Natal-RN?

Será que lá chegando o céu não estará totalmente encoberto impossibilitando a mínima visão dos acontecimentos?

Baseados nos registros dos anos anteriores poderemos decidir fazer, ou não, a longa viagem para observá-lo.

Milhares de pessoas dedicadas, passam anos e anos coletando estes dados sistematicamente para formar a base deste trabalho.

Muitos destes instrumentos podem ser construídos com materiais corriqueiros e nos permitirão obter dados bastante confiáveis se comparados aos registros oficiais. Uma simples anotação nas nossas agendas de observações poderão nos ajudar no futuro.

O pluviômetro

Finalidade

O pluviômetro (do latim pluviu= chuva, metru= medir), também conhecido como hietômetro ou udômetro, destina-se a medir a quantidade de precipitação, em forma de chuva, garoa, orvalho, neve ou granizo em uma determinada região.

Medida da precipitação

A unidade ‘generalizadamente’ adotada para a medida da “precipitação” é o milímetro, subentendo-se que 1 mm de precipitação corresponde à altura que se eleva 1 litro de água quando homogeneamente distribuída numa base de 1 metro quadrado. Assim, dizer em que tal região houve uma precipitação de “10 mm”, significa dizer que (em média), cada ‘metro quadrado’ dessa região recebeu ’10 litros’ de água da chuva.

Para medir a chuva, qualquer recipiente de formato cilíndrico ou prismático pode servir. Basta colocar uma latinha ou outro recipiente numa área descoberta. Como a área é constante, podemos medir diretamente (usando uma proveta graduada) quantos milímetros se acumularam dentro do recipiente. Este processo, todavia, tem pouca precisão, podendo gerar erros de 1 ou 2 milímetros (1 ou 2 litros de erro, por metro quadrado; 1 milhão ou 2 milhões de litros de erro, por quilômetro quadrado!).

Um meio mais exato de efetuar a medida é usar uma vasilha de grande diâmetro de ‘boca’ e medir o volume de água acumulado através do uso de uma proveta. Dividindo o volume de água coletada pela área de captação do recipiente, podemos obter dados com precisão de décimos de milímetro.
Tomemos um exemplo:

Digamos que você usou uma lata de leite em pó, cuja ‘boca’ tem diâmetro de 10 cm, e recolheu 400 cm3 (medidos com uma proveta) de água durante a chuva ‘de ontem’.
De quantos ‘milímetros’ foi a precipitação?

Primeiro, devemos determinar qual a área da ‘boca’ da lata. Vamos lembrar, da geometria, que a área do círculo em função do seu raio é dada por Acírculo = p.r2 .

Como o diâmetro de nossa lata mede 10 cm, seu raio será de 5 cm; então:

A’boca’ = 3,14 x 52 = 78,5 cm2 . Dividindo-se o volume de água (400 cm3) pela área da ‘boca’ da lata (78,5 cm2) encontramos 5,095 cm ou 50,95 mm. Essa foi a precipitação da chuva ‘de ontem’: 50,95 mm.

Nas regiões mais frias o conjunto deve prever um sistema de aquecimento para derreter a neve ou o granizo.

Nas estações meteorológicas são usados pluviômetros padronizados. O mais utilizado no Brasil é o padrão francês, conhecido como “Ville de Paris”.

O termômetro

Finalidade

Medir e registrar as variações de temperatura ao longo do tempo.

O termômetro comum apenas nos mostra a temperatura ambiente no momento de sua leitura. Normalmente são usados termômetros de mercúrio ou álcool colorido colocados à sombra em local ventilado. O álcool tem sido preferido por não congelar quando as temperaturas variam abaixo de zero. Tais tipos de termômetros são pouco usados nas estações por não permitirem o registro de dados além do visual.

O mais usado nas estações meteorológicas, é o termômetro registrador de máximas e mínimas, tipo Six-Bellani. Ele registra (por um processo puramente mecânico) as temperaturas máximas e mínimas num intervalo de tempo. É um termômetro de dois ramos, com um pequeno índice de material ferro magnético (Im e IM) dentro do capilar de cada ramo. Os ramos são ligados a bulbos de vidro A e B. Na parte inferior dos ramos temos mercúrio; o bulbo A é completamente preenchido com álcool (colorido, em geral) e o bulbo B, apenas parcialmente, restando uma câmara de vapor de álcool.

Com o aumento da temperatura o álcool (substância termométrica) de A dilata, contorna o índice Im e empurra a coluna de Hg para baixo; no outro ramo o filete de Hg sobe e empurra o índice de ferro IM para cima. Com o resfriamento, o álcool do bulbo A ‘encolhe’ e a pressão de vapor no bulbo B empurra álcool (que contorna o índice IM) e o Hg para baixo; Hg sobe no ramo da esquerda e leva o índice Im para cima.

Assim, o índice IM permanece indicando a maior temperatura daquele ambiente e Im indicando a menor temperatura. As temperaturas devem ser lidas sempre pela extremidade do índice mais próxima do Hg. No dia seguinte, para “zerar” o dispositivo, basta usar um pequeno ímã para arrastar os índices de encontro ao Hg.

O anemômetro

Finalidade

Medir a velocidade do vento e enviar dados.

O anemômetro (do grego anemus= vento) mais preciso é o tipo rotor horizontal de conchas de Robinson. Um rotor com 3 conchas hemisféricas aciona um mecanismo ou uma roda dentada onde é instalado um pick-up eletrônico. A vantagem deste sistema é que ele independe da direção do vento, e por conseguinte de um dispositivo de alinhamento. Este equipamento tinha um custo muito alto, mas as versões modernas com pick-up eletrônico são bem acessíveis. A roda dentada é magnética e induz no pick-up, além dos pulsos de contagem, a corrente gerada no sistema, que carrega um acumulador miniatura e alimenta a base de tempo.

Um dos modelos mais usados atualmente pelas estações meteorológicas instaladas em regiões adversas, como na Antártida, é conhecido como aviãozinho. Dotado de uma hélice para fluxo axial ele pode trabalhar com ventos de até 320 quilômetros por hora. Tem um corpo central que funciona como gerador de sinais e de energia para o indicador de velocidade, e sua ‘rabeta’, além de manter a hélice na direção do vento, ainda fornece eletronicamente esta direção. Os dados são acumulados em um registrador ou numa memória eletrônica que é descarregada para coletores de dados ou transmitidos à distância.

O modelo mais simples, e menos preciso, mais acessível a amadores é o de deflexão de uma chapinha articulada. Este anemômetro também é conhecido como “anemômetro de Da Vinci”, por ter sido concebido pelo famoso cientista italiano. Ele consiste de uma chapinha que é deslocada pelo vento sobre uma escala previamente aferida. Note que a escala varia exponencialmente. Normalmente é montado sob um cata-vento, que provê o alinhamento correto.

O anemoscópio

Finalidade

Indicar a ‘direção’ do vento.

O anemoscópio, cata-vento ou biruta é uma massa pivotada sobre um eixo vertical, dotada de um leme, que se orienta na ‘direção’ do vento. Sobre o o anemoscópio é colocada uma rosa-dos-ventos para facilitar a leitura. Existem normas de dimensionamento para a sua construção.

Lembre-se que a “direção do vento” é terminologia incorreta para traduzir a “orientação” de onde vem o vento, ou seja, com essa terminologia se pretende informar a direção e o sentido do vento.

Costuma-se usar o anemoscópio como suporte para o anemômetro mais simples, de deflexão.

O evaporímetro

Finalidade

Avaliar o volume evaporado de um espelho d’água.

O evaporímetro ou tanque evaporimétrico é um reservatório raso, instalado próximo ao pluviômetro, sobre um estrado de madeira. No Brasil usa-se o tanque padrão do U.S. Weather Bureau. Ele é circular com 4 pés de diâmetro (1,22 m) e uma altura de 10 polegadas (25,4 cm) feito de chapa galvanizada. Dentro do tanque é colocado um flutuador preso a um micrômetro.

Para proteção do conjunto existe um quebra ondas, ou “poço tranqüilizador”.

O tanque é abastecido até 5 cm da borda e as leituras do micrometro são feitas às 9 horas da manhã de cada dia. Não havendo precipitação, a evaporação diária é dada pela diferença das medidas do micrômetro. No caso de chuva, a medida do pluviômetro deve ser adicionada.

Devido às dimensões o tanque recebe energia pelas laterais e conduzida pela base, além da ação dos ventos na camada de ar saturado. Por este motivo é inserido um “coeficiente de tanque”, que vale entre 0,7 e 0,8 para o sudeste do Brasil.

O psicrômetro

Finalidade

Medir a quantidade de vapor d’água na atmosfera.

A umidade relativa do ar (U) é medida com um psicrômetro, que consiste em dois termômetros em uma mesma base, um deles envolvido por uma mecha de algodão(gase) embebida com água. Alguns modelos usam ventilação forçada a 2,5 metros por segundo, e uma constante psicrométrica é inserida na fórmula. Os valores são inseridos numa fórmula ou num gráfico e resultam na umidade do ar em relação ao ar saturado de vapor d’água.

O interesse do homem pelos fenômenos atmosféricos revela-se, desde épocas pré-históricas, em práticas ritualísticas de caráter mágico. Como ciência autônoma, entretanto, a meteorologia é relativamente recente e data do século XIX, quando foram feitas as primeiras previsões do tempo. No século XX, o progresso da aviação e, posteriormente, dos satélites artificiais abriu uma nova era para a meteorologia.

Meteorologia é a ciência que estuda as leis que regem os fenômenos atmosféricos e, de forma particular, os que ocorrem na baixa atmosfera, ou troposfera, até uma altitude média de 15.000m. Ciência que fornece a base das previsões do tempo, a meteorologia envolve o estudo sistemático das variações de curto prazo — ou seja, diárias — de temperatura, umidade, pressão atmosférica, ventos, nebulosidade e precipitação, e suas causas. Embora sejam ciências intimamente relacionadas, não se deve confundir a meteorologia com a climatologia, que estuda as condições e variações do tempo numa determinada área ao longo de um extenso período de tempo, que pode variar de um mês a um milhão de anos.

São duas as principais divisões da meteorologia: a dinâmica e a sinóptica. A meteorologia dinâmica lida basicamente com a atividade atmosférica e os processos físicos ligados à circulação do ar. A pesquisa envolve o uso de modelos matemáticos que, processados em computadores, contribuem para a compreensão das características físicas e estruturais das camadas mais baixas da atmosfera. A meteorologia sinóptica se concentra nos fenômenos atmosféricos diretamente associados ao tempo. A designação deriva do método sinóptico, que consiste em traçar num mapa os dados obtidos em observações simultâneas das condições atmosféricas durante um período de tempo específico, o que fornece uma visão abrangente do tempo na área em questão.

A coleta dos dados é feita normalmente por equipamentos estrategicamente distribuídos por todo o mundo, entre eles radares de superfície e sistemas de sensoriamento remoto como sondas transportadas por balões e satélites meteorológicos. Com esses dados, os meteorologistas fazem previsões de tempo locais de curto prazo — as que projetam as condições atmosféricas com uma antecedência máxima de 12 horas. Para estender a previsão a um período maior, ou a uma área maior, empregam-se modelos matemáticos baseados em leis físicas de conservação de movimento, temperatura, massa e umidade. Processados em supercomputadores de alta velocidade, esses modelos possibilitam a previsão acurada de campos de pressão, alterações de temperatura e, num grau menor, precipitação, com cinco a sete dias de antecedência. A previsão de base numérica é em grande parte baseada nos princípios e na metodologia da meteorologia dinâmica.

De acordo com sua aplicação prática, a meteorologia abrange outras seções complementares. Os princípios meteorológicos aplicados à aviação e à navegação marítima e fluvial são objeto da meteorologia aeronáutica e marítima, respectivamente. A meteorologia agrícola se aplica à agricultura. Questões relativas a irrigação, nascentes, provisão de água etc. pertencem ao campo da hidrometeorologia. A meteorologia médica compreende questões relativas às alterações que os fenômenos meteorológicos e o clima podem causar no organismo humano.

Fenômenos atmosféricos

Além dos diversos gases que a compõem, a atmosfera, camada gasosa que envolve a Terra, contém impurezas, como poeira, cinzas e sal. Essas partículas diminutas, que só podem ser percebidas em conjunto ou com o auxílio de instrumentos, são de grande importância nos processos meteorológicos, e em sua influência se baseiam teorias mais recentes sobre produção artificial de chuvas e controle do tempo. Também é importante a quantidade de vapor d”água em suspensão, que determina a umidade relativa do ar.

A troposfera é a camada inferior da atmosfera, na qual têm lugar os fenômenos meteorológicos. É uma camada relativamente instável, com frequente ocorrência de correntes verticais que causam condensação, formação de nuvens e precipitação. Acima da tropopausa, camada de transição cuja altura varia conforme a latitude e a estação do ano, começa a estratosfera, que se estende a até cinquenta quilômetros de altura. A existência de uma camada de ozônio no nível inferior da estratosfera, a cerca de trinta quilômetros de altitude, tem estreita correlação com as condições de tempo reinantes nas camadas inferiores da troposfera. A estratosfera costuma ser muito estável e desprovida de nuvens (à exceção das chamadas nuvens-de-madrepérola, formadas pela capa de ozônio), principalmente no espaço compreendido entre a tropopausa e a camada de ozônio. Oferece, assim, condições ideais de vôo.

A maior frequência de incandescência de meteoros entre quarenta e oitenta quilômetros de altura pode indicar a existência de uma camada de ar muito aquecido, com temperatura entre 60o e 70o C, às vezes denominada mesosfera. A camada de transição entre o nível inferior da estratosfera e a mesosfera se denomina estratopausa. A sessenta quilômetros de altitude encontra-se uma camada que tende a absorver as ondas eletromagnéticas, cujo aparecimento se deve à ação dos raios solares.

À mesopausa, nova camada de transição, segue-se a ionosfera, que se estende até 500km de altitude. Em seu nível inferior, a cerca de cem quilômetros de altitude, às vezes podem-se observar as chamadas nuvens noctilucentes, extremamente raras. A ionosfera também se caracteriza pelo aumento constante da temperatura, o que faz com que seja também denominada termosfera. A atmosfera, a essa altura, é extremamente ionizada e de grande condutibilidade elétrica. Entre as diversas subcamadas em que se divide a ionosfera, a camada conhecida como Kennelly-Heaviside, entre 100 e 120km, reflete as ondas hertzianas, que retornam então à superfície terrestre, fato que explica o grande alcance das emissoras de rádio. Entre 120 e 180km ocorre o fenômeno eletromagnético das auroras boreais e austrais. Há, porém, fenômenos atmosféricos observados em imensas altitudes. Já foram comprovadas auroras a 1.200km da superfície terrestre.

Observações meteorológicas. Para se proceder a um resumo do estado do tempo em determinado lugar, numa hora marcada, é necessária uma rigorosa e metódica observação dos fenômenos atmosféricos existentes. Um elemento meteorológico essencial é a temperatura do ar. Outros dados fundamentais para a observação meteorológica são: pressão atmosférica, intensidade e direção do vento, umidade relativa do ar, evaporação, radiação solar e diferentes tipos de nebulosidade.

Temperatura do ar

Para medir a temperatura do ar usa-se o termômetro de mercúrio, graduado pela escala Celsius ou Fahrenheit. Nas estações meteorológicas, esse e outros instrumentos são guardados num abrigo de madeira, a fim de protegê-los contra as chuvas e a radiação solar. Há também termômetros de máximas e mínimas. Os termômetros registradores, ou termógrafos, apresentam diversos tipos, dos quais o mais utilizado é o de Bourdon.

Pressão atmosférica. Usualmente medida pelos barômetros de mercúrio, que exprimem o peso de uma atmosfera circundante por unidade de área da superfície exposta, a pressão atmosférica varia com a latitude, a gravidade da Terra e a temperatura, e invariavelmente diminui com a altitude. Nos países que seguem o sistema decimal, a escala barométrica é avaliada em milímetros. Em 1914 adotou-se o milibar (mb) como unidade de pressão.

Para medir a pressão atmosférica, também se utiliza o barômetro aneróide, que pode ser dotado de uma escala indicadora de altitude e, nesse caso, recebe o nome de altímetro. Os altímetros são muito úteis no caso de observações operadas a bordo de aeroplanos ou balões de sondagem.

Umidade. Medida da quantidade de vapor d”água existente na atmosfera, a umidade pode variar de zero a quatro por cento em volume. A quantidade máxima que o ar pode absorver é tanto maior quanto mais elevada for a temperatura. Em termos de aplicação prática, interessam ainda outras medições de umidade, como o ponto de orvalho e a umidade relativa do ar.

Chama-se umidade relativa do ar a razão (expressa em percentagem) entre o conteúdo do vapor dágua no ar e a pressão máxima do vapor dágua à mesma temperatura. A temperatura do ponto de orvalho é aquela que deve atingir uma massa de ar (mantendo constante seu teor de umidade) para ficar saturada de vapor dágua. É sempre expressa em graus de temperatura e comparada com a temperatura do ar livre para se chegar às condições de umidade. Se o ar é resfriado abaixo do ponto de orvalho, tem início a condensação e parte do vapor dágua se torna líquida.

Os principais instrumentos para medição da umidade são o higrômetro de cabelo e o psicrômetro. O primeiro compõe-se de um conjunto de fios de cabelo humano, que reage às variações de umidade do ar, esticando-se ou encurtando. Esses movimentos atuam sobre um ponteiro que se desloca sobre um mostrador. O psicrômetro consiste em dois termômetros de mercúrio com bulbos cilíndricos, um dos quais envolto em tecido de algodão mergulhado em água destilada. A diferença de temperatura entre os dois termômetros dá a medida da umidade do ar. Mediante tabelas especiais, se obtém também o ponto de orvalho, a pressão do vapor dágua e a umidade relativa do ar.

Evaporação

O processo de transformação da água em vapor — evaporação — é afetado por quatro fatores: pressão do vapor dágua à superfície, pressão do vapor do ar, velocidade do vento e salinidade. Há diversos métodos para medir a evaporação, e até estações meteorológicas especiais. O instrumento comumente usado é o evaporímetro, recipiente graduado cheio de água que indica a quantidade evaporada.

Nuvens

Massas de vapor d água condensado, as nuvens compõem-se de gotas d água ou cristais de gelo, cujo diâmetro varia de 0,025 a 0,1mm. Há dez tipos de nuvens segundo a classificação internacional estabelecida em 1896 e revisada periodicamente. De modo geral, os tipos de nuvens que indicam bom tempo são: cirro, cirro-cúmulo, alto-cúmulo e cúmulo. Todos os outros tipos — cirro-estrato, alto-estrato, estrato-cúmulo, estrato, nimbo-estrato, cúmulo-nimbo — podem indicar mau tempo presente ou a suceder e, com exceção dos cirros-estratos, ocasionam precipitação. A identificação dos tipos de nuvens requer longo período de aprendizado técnico.

Precipitação

As principais formas de precipitação são a chuva, a neve e o granizo. O chuvisco, também chamado garoa, precipitação em gotas muito pequenas (diâmetro inferior a 0,5mm), é próprio das nuvens do tipo estrato. Desse mesmo tipo de nuvem provém a neve granulada, precipitação de grãozinhos opacos. O granizo é originário de cúmulo-nimbo, quando a temperatura está atingindo o ponto de congelamento. A quantidade de precipitação pode ser medida pelos pluviômetros e registradores pluviométricos.

Vento

Do ponto de vista meteorológico, é de interesse medir a direção e a intensidade do vento, definido como o ar em movimento horizontal. Os movimentos verticais denominam-se correntes.

Como simples indicador da direção do vento (aquela de onde ele provém) usa-se o cata-vento. Os anemoscópios registram a direção do vento, e os anemômetros a velocidade. O anemógrafo mostra a velocidade do vento num gráfico.

A escala mais usada para medir a velocidade do vento é a de Beaufort, de 1805, criada originalmente em função do efeito do vento sobre as velas dos navios e posteriormente adaptada. Segundo ela, são 13 os graus de intensidade do vento, assim ordenados: calmaria, brisa, vento leve, vento fresco, vento moderado, vento regular, vento meio forte, vento forte, vento muito forte, ventania, vendaval, tempestade, furacão ou tufão.

Observações complementares

Tanto para a aviação como para a navegação marítima, a visibilidade é um dado complementar de valor. De modo geral, mede-se a visibilidade horizontal, definida como a distância máxima horizontal na qual os objetos de grande porte ou massa (edifícios, montanhas, torres) podem ser vistos sem o auxílio de instrumentos ópticos. A visibilidade vertical é bem mais importante e define-se como a distância máxima do solo à base da nuvem mais baixa, desde que o céu esteja encoberto.

A altura da base de uma nuvem chama-se teto, termo hoje empregado em linguagem comum, mas que oficialmente foi substituído pela expressão “altura da base da nuvem”. Há formas diversas de determiná-la: por balões de teto (cheios de gás e controlados de maneira a se elevarem em razão definida), por projetores luminosos (fachos luminosos projetados verticalmente, com a altura da base da nuvem calculada trigonometricamente por meio da elevação angular do instrumento observador) ou pelo medidor eletrônico da base das nuvens (automático, em que a altura do facho vertical é determinada por célula fotoelétrica e o princípio da triangulação luminosa).

A visibilidade depende também do estado do tempo, principalmente da ocorrência de nevoeiros, neblinas e névoas. A névoa pode ser seca, se a umidade relativa do ar não atinge 85%, e úmida, se excede esse valor.

A radiação solar é outro fenômeno de grande importância para a meteorologia. A energia necessária para a produção de correntes de ar, tormentas e outros fenômenos atmosféricos procede quase totalmente da radiação eletromagnética emitida pelo Sol e transformada pela superfície terrestre e pela própria atmosfera. A parte que atinge a superfície terrestre denomina-se insolação.

O instrumento usado na medida da radiação solar é o pireliômetro. Baseia-se no efeito termelétrico, pelo qual o aquecimento diferencial provoca força eletromotriz proporcional à quantidade de radiação recebida. Os dados fornecidos por esse instrumento têm largo uso na arquitetura e na engenharia (iluminação), e servem para botânicos e agricultores, pois o crescimento das plantas decorre essencialmente da quantidade de radiação recebida.

Massas de ar

Define-se massa de ar como uma grande porção de ar muito espessa e de alguma homogeneidade em sentido horizontal. Em termos de temperatura e umidade, principalmente, as massas de ar contêm propriedades idênticas e variações uniformes. Formam-se sobre áreas uniformes de terra ou de água, com fraca circulação de vento sobre elas.

As massas de ar podem ser polares e tropicais, conforme venham dos pólos ou das regiões tropicais, e continentais ou marítimas. Geralmente são transportadas para regiões distantes das de sua formação. Assim, o ar tropical, quente e úmido, é transportado para as regiões temperadas e polares, e o ar polar, frio e seco, vai para os trópicos.

Formação de frentes

Quando uma massa de ar polar e uma massa de ar tropical se encontram, tendem a preservar suas condições físicas em vez de se misturarem livremente. Isso resulta na formação de frentes, ou descontinuidades, em toda a extensão da superfície de encontro, ao longo da qual ocorrem as principais mudanças de tempo.

A formação de uma frente ou a regeneração e fortalecimento de frentes fracas recebe o nome de frontogênese. Ocorre em regiões onde, pelo sistema de ventos, ocorre uma convergência entre ar frio polar e ar quente tropical. Uma das condições necessárias é um flagrante contraste de temperatura. A frontólise, enfraquecimento ou dissipação das frentes, se dá quando o regime dos ventos favorece a divergência e se torna quase nula a separação de temperaturas.

Numa frente quente, o ar aquecido, mais leve, se eleva sobre o ar frio; numa frente fria, o ar quente é deslocado e substituído pelo ar frio. Na área adiante da frente quente ocorre uma queda lenta de pressão, com formação de nuvens altas. Na área dianteira da frente fria, a pressão cai rápida e continuamente e formam-se nuvens médias e baixas.

Plotagem e análise das cartas sinópticas

A carta sinóptica, ou carta de tempo, serve para fazer a análise do tempo com vistas a sua previsão. A Organização Meteorológica Mundial (OMM) elaborou o sistema-padrão de símbolos para a plotagem de fenômenos e demais dados meteorológicos numa carta sinóptica.

Os dados sinópticos de superfície e de altitude são lançados na carta sinóptica e procede-se, então, à plotagem das observações de superfície, todas referentes à mesma hora. Em cartas especiais, plotam-se as observações de radiossondas, que dão os índices de temperatura e umidade nos diferentes níveis de altitudes. Além disso, é preciso registrar observações sobre a direção e velocidade do vento nos níveis padrão (850, 700 e 500 milibares). Todos esses dados são básicos para a preparação das cartas de pressão constante, de ventos em altitude etc.

A configuração das linhas isóbaras em cartas sinópticas permite acompanhar a formação e a evolução das depressões barométricas ou ciclones e, por meio delas, a marcha das massas de ar de suas frentes. As isóbaras são linhas que, num mapa, unem os pontos de igual pressão atmosférica ao nível do mar. Os ventos sopram quase exatamente ao longo das isóbaras, com baixa pressão à direita no hemisfério sul e à esquerda no hemisfério norte.

Quando as isóbaras aparecem muito juntas umas das outras indicam bruscas variações de pressão; quando estão espaçadas, variações lentas. Se as pressões aumentam do exterior para o centro há indicação de anticiclone; em caso inverso, um ciclone ou depressão barométrica. Um eixo de altas pressões indica uma dorsal, cunha ou crista barométrica. De maneira inversa, um eixo de baixas pressões representa um cavado barométrico. Quando as isóbaras estão paralelas, há uma rampa barométrica. Em regra, nos anticiclones há bom tempo, em virtude da descida de ar das camadas superiores para as inferiores (subsidência). Nos ciclones e cavados impera o mau tempo, devido à convecção.

As isotermas são as linhas que ligam os pontos (localidades) que apresentam igual temperatura (reduzida ao nível do mar). O exame da distribuição das isotermas no mapa revela a influência dos diferentes fatores que atuam sobre a temperatura: latitude, continentalidade, maritimidade, correntes marítimas etc.

Meteorologia no Brasil

Desde a década de 1970, o Instituto de Pesquisas Espaciais (Inpe), em São José dos Campos SP, recebe as informações fornecidas pelos satélites americanos Goes e pelo europeu Meteosat. Complementam essas informações os dados sobre temperatura, umidade, pressão e ventos coletados por radares e estações meteorológicas de superfície, mantidas pelo Departamento Nacional de Meteorologia do Ministério da Agricultura. Com base nesse conjunto de informações era feita a previsão do tempo no país.

Em 1993, o Brasil lançou o SCD1 (Satélite de Coleta de Dados), inteiramente construído no país e destinado a coletar nove vezes ao dia, com grande confiabilidade, dados sobre marés, índices de chuvas e níveis de poluição atmosférica de sensores espalhados pelo país. Essas informações permitem aos meteorologistas brasileiros fazer previsões de até cinco dias de antecedência, e superar grandemente a marca anterior, de 48 horas. O equipamento, de vida útil de um ano, é substituído periodicamente e, graças a essa inovação, o Brasil passou a contribuir para a rede internacional de informações meteorológicas de que sempre se beneficiou até possuir seu próprio satélite.

Fonte: ciencia.hsw.uol.com.br/biomania.com