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Universidade Federal FluminenseDepartamento de
Recursos Hídricos e Meio Ambiente
Introdução a Meteorologia e a Climatologia Prof.
Marcio Cataldi Aula 1
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Programa
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Abordagens

• Aplicação do conhecimento do tempo e do clima em
  situações que envolvam o meio ambiente, como em
  Estudos de Impactos Ambientais (EIA) e Relatórios
  de Impactos Ambientais (RIMA), Licenciamentos,
  etc
• Linhas de Pesquisa envolvendo o Tempo, o Clima e
  Meio Ambiente.

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Avaliação

• Duas provas de conhecimento específico,
  discursivas, com peso 3.
• Um trabalho com peso 2.

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Bibliografia Básica

• Oliveria, L. L., Vianello, R. L. e Ferreira, N.
  J. Meteorologia Fundamental. 2001. Edifapes
• Varejão-Silva, M. A. Meteorologia e Climatologia.
  2005. Versão Digital.
• Peixoto, J. P. e Oort, A.H. Phisics of Climate.
  1991.

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Histórico das ciências Atmosféricas

• O termo mteorologia surgiu quando o filósofo
  grego Aristóteles, em torno de 340 a.C., à sua
  maneira filosófica e especulativa, escreveu um
  livro sobre filosofia natural denominado
  Meteorológica, falando sobre o tempo, o clima,
  sobre astronomia, geografia e química. Falava de
  nuvens, chuva, neve, vento, granizo, trovões e
  furacões. Naqueles dias, tudo o que caia do céu e
  qualquer coisa vista no ar era chamada de
  meteoro, daí o nome meteorologia.
• As idéias de Aristóteles se mantiveram aceitas
  por quase dois mil anos. De fato, o nascimento da
  meteorologia como uma ciência natural genuína não
  aconteceu até a invenção dos instrumentos
  meteorológicos (os termômetros, no fim do século
  XIV, o barômetro, para medir pressão atmosférica,
  em 1643, e o higrômetro, para medidas de umidade,
  no final do século XVIII).
• A invenção do telégrafo, em 1843, permitiu a
  transmissão das observações rotineiras do tempo.

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Histórico das ciências Atmosféricas

• Pierre Simon Laplace (1812) ...conhecendo-se
  as massas, a posição e a velocidades de todas as
  partículas em um intervalo de tempo singular, é
  possível se calcular com precisão os os seus
  eventos passados e futuros...
• Vilhelm Bjerknes (1904) - Desenvolveu os
  princípios matemáticos básicos para resolver as
  equações governantes de fluxo da Atmosfera e do
  Oceano
• Lewis Fry Richardson (1922) - Utilizando as
  equações básicas de movimento na atmosfera
  desenvolveu o primeiro sistema de previsão do
  tempo, utilizando uma máquina de calcular
• Carl Gustav Rossby (1930) Utilizou o caráter
  ondulatório da circulação geral da atmosfera para
  criar uma simplificação das equações do modelo de
  circulação da atmosfera

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Histórico das ciências Atmosféricas

• Jule Charney (1950) Liderou um grupo de
  pesquisadores a realizar prognósticos de tempo no
  ENIAC/Universidade de Princeton, utilizando as
  equações de Rossby
• Norman Phillips (1956) Adicionou uma forçante
  nos termos da equações de Rossby, observando
  variações nos padrões da circulação geral da
  atmosfera Início dos modelos de circulação
  geral da atmosfera
• Modelos Oceânicos de larga escala só tiveram
  início na década de 60
• Criação do Geophysical Fluid Dynamics Laboratory
  (GFDL) sob a direção de Joseph Smagorinsky.
• Início da modelagem numérica do tempo no Brasil
  através do CPTEC/INPE
• Principais centros de pesquisa NASA/DAO,
  GFDL/NOAA, IRI, NCAR

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Tempo e Clima

• O tempo pode ser definido como o estado da
  atmosfera em um determinado local e espaço de
  tempo, descrevendo os termos da variação de
  temperatura, nebulosidade, precipitação e vento
• O clima é definido como as condições do tempo
  sobre uma área média em um período de tempo
  específico. A está relacionado com as variações
  atmosféricas em relação ao seu estado médio.
• A variabilidade natural média das condições de
  tempo em uma determinada região é que vão compor
  o clima dessa região.
• É importante portanto conhecer as escalas e os
  diferentes mecanismos determinam essa
  variabilidade.

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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima O
SOL
Temperatura na Coroa 2x106 K
O Sol é uma esfera de gases incandescentes,
composta principalmente por átomos de hidrogênio
e hélio. A energia cinética destes corresponde a
milhões de graus no centro da estrela, e vai
diminuindo até uma superfície mais ou menos
definida (fotosfera)
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima

• A fonte de energia de nosso sistema climático é o
  Sol, que oferece radiação incidente no topo da
  atmosfera, considerando a geometria esférica da
  Terra
• A energia solar se manifesta na forma de energia
  ou radiação eletromagnética, a qual é convertida
  em calor, energia potencial e energia cinética na
  Terra
• A energia solar pode ser apenas convertida,
  nunca pode ser destruída. Este é o princípio
  fundamental da conservação de energia

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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Características físicas

• Luminosidade
• Quantidade de energia irradiada por segundo,
  pelo Sol, em todas as direções
• Constante Solar
• É a quantidade de energia solar que alcança
  uma área de 1 m2 no topo da
• atmosfera da Terra, em um segundo. Valor
  1.400 W/m2/s

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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Manchas solares
Campos magnéticos até 1000 vezes mais intensos do
que o das vizinhanças
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Manchas solares
Período de 11 anos gt Número de Manchas Período
de 22 anos gt Variação de Latitude
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Estações do Ano Translação e Rotação
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima

• A posição mais próxima ao Sol, o perihélio (147 x
  106 km), é atingido aproximadamente em 3 de
  janeiro e o ponto mais distante, o afélio (152
  x106 km), em aproximadamente 4 de julho. A
  variação da radiação solar recebida devido à
  variação da distância é pequena 6,7
• O fator determinante para que existam as estações
  do ano é o ângulo de 23.27o do eixo de rotação da
  Terra em relação ao seu plano de translação ao
  redor do Sol (plano da eclíptica)
• Devido à esse ângulo, a distribuição da radiação
  solar incidente e a altura do Sol - isto é, o
  ângulo de elevação do Sol acima do horizonte para
  um observador na superfície da Terra em uma
  determinada hora do dia (por exemplo, meio dia) -
  mudam continuamente com o movimento de
  translação. O Hemisfério Sul se inclina para
  longe do Sol durante o nosso inverno e para perto
  do Sol durante o nosso verão.

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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima -
Latitude
Inclinação da Terra
A radiação solar não é distribuída homogeneamente
na Terra. Este fato provoca o surgimento da
circulação da atmosfera e dos oceanos para
exportar calor dos trópicos para as altas
latitudes numa permanente tentativa de
uniformizar a energia no planeta
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Composição da atmosfera terrestre
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Composição da atmosfera terrestre
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Distribuição vertical da Temperatura (k) na
troposfera.
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Espectro de radiação
Ultravioleta ? 0,38 µm Visível 0,38 lt ?
0,76 µm Infravermelho ? 0,76 µm
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Balanço de Radiação
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Balanço de Radiação

• O aquecimento da atmosfera do planeta ocorre da
  superfície para a atmosfera. Isto porque a
  superfície reemite para a atmosfera radiação de
  onda longa (infravermelha), e este é o
  comprimento de onda termal, ou seja, que
  transfere calor.
• A diferença de temperatura entre a superfície
  Terrestre e a atmosfera imediatamente sobre ela
  gera um fluxo de calor, conhecido como fluxo de
  calor sensível.
• A superfície da Terra também emite radiação de
  onda curta (visível) de volta para a atmosfera, o
  que é chamado de albedo terrestre. Mas este tipo
  de radiação não aquece a atmosfera superior.
  Quanto maior o albedo, maior é a reflexão da
  radiação e, consequentemente, menor é a absorção
  de energia e o aquecimento da atmosfera.
• Existe também o fluxo de calor latente que é
  aquele emitido para a atmosfera em superfícies
  onde ocorre mudança de fase.

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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Albedo
Exemplos de albedos de algumas superfícies -
neve fresca 0,80 a 0,95 -
neve velha 0,42 a 0,70 - solos arenosos
secos 0,25 a 0,45 - solos argilosos secos 0,20
a 0,35 - solos turfosos 0,05 a 0,15 -
florestas caducas 0,15 a 0,20 - florestas
coníferas 0,10 a 0,15
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Radiação Difusa
Radiação total Radiação Direta Radiação Difusa
(a) Céu claro (b) parcialmente
nublado (c) nublado
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Balanço de Radiação

• De acordo com a estação do ano, algumas regiões
  podem apresentar sobra ou déficit de energia.
  Mas a radiação Global se conserva.

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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Sazonalidade da precipitação
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Diferença Terra-Mar
Calor específico da água é maior do que o da Terra
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Hidrosfera - A hidrosfera é constituída por toda
a água, em estado líquido, no globo. Inclui os
oceanos, lagos, rios e águas subterrâneas. Cobre
aproximadamente dois terços da superfície do
globo e, assim, a maior parte da radiação que
chega à superfície da Terra é absorvida por eles.
Os oceanos são grandes reservatórios de
energia. Criosfera - A criosfera compreende as
grandes massas de gelo e neve na superfície do
globo. Inclui os extensos campos de gelo na
Gronelândia e Antártida, e outros glaciares
continentais, campos de neve, gelo do mar e solo
gelado. A criosfera representa o maior
reservatório de água doce na Terra, mas sua
importância para o sistema climático global é o
elevado albedo (reflexão da radiação solar) da
neve e da sua baixa condutividade
térmica. Litosfera - A litosfera inclui os
continentes, que cobrem cerca de 27 da
superfície terrestre e cuja topografia influencia
o clima. Por exemplo, o clima nas regiões
montanhosas pode ser completamente diferente de
um clima de uma região de planície. Biosfera - A
biosfera é constituída por todos os seres vivos
que existem no mar e terra.
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Diferença Terra-Mar
Calor específico da água é maior do que o da Terra
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Aspectos astronômicos e geográficos do Clima
Altitude
Em termos médios a temperatura do ar cai cerca de
6,5 graus por kilômetro.
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Exercícios
1) Comente sobre as relações do balanço de
energia na atmosfera e o efeito estufa. 2)
Descreva sobre os processos de absorção, reflexão
e transmissão da energia solar na atmosfera. 3)
Explique se é conhecido algum processo do tipo
monções na América do Sul. 4) Explique sobre
os processos de formação e transporte do Ozônio
na atmosfera. Comente também sobre o papel do
ozônio na troposfera e na estratosfera.