AT350 Spring 200. Nuvens

Transcrição

1 Condensação: Orvalho, Nevoeiro e Nuvens

2 Condensação Condensação é a transformação de fase do vapor d água para água líquida A água não condensa facilmente sem uma superfície presente Vegetação, solo, construções provêm uma superfície para a formação de orvalho e geada As partículas agem como superfícies para a formação de gotas de nevoeiro e nuvens As superfícies esfriam intensamente à noite por resfriamento radiativo mais intesamente em situações de céu claro e ventos calmos O ponto de orvalho é a temperatura na qual o ar encontra-se saturado de vapor d água Se uma superfície esfria a uma temperatura inferior ao ponto de orvalho, a água condensa sobre a superfície e gotas de orvalho se formam Orvalho

3 Se a temperatura é mais baixa do que o ponto de congelamento, o ponto de orvalho é chamado de ponto de congelamento Se a temperatura da superfície é mais baixa do que o ponto de congelamento, o vapor d água é depositado diretamente como cristal de gelo deposição Os cristais resultantes são conhecidos como geada, geada negra ou geada branca Geada Formação de Gotas de Nuvens Se a T ar < T d UR > 100% o vapor d água tenderá a condensar e formar gotas nuvens/nevoeiro A formação das gotículas ocorre sobre partículas conhecidas como núcleos de condensação (NC) As partículas higroscópicas são os núcleos de condensação mais efetivos (partículas de sal) Sem estas partículas, as nuvens não se formariam na atmosfera UR de muitas centenas é requerida para que haja formação de gotas de nuvens com água pura

4 Tamanhos Típicos Gotículas muito pequenas tendem a evaporar! Pequenas gotas têm grande curvatura Efeito da curvatura Grande curvatura apresenta alta e sat de equilíbrio pois a quantidade de moléculas é maior Gotas muito pequenas requerem uma UR muito alta (supersaturação) ~300% UR para uma gota de água pura de 0,1 µm

5 Nucleação Homogênea A formação de uma gota de água pura sem um núcleo de condensação é chamada de nuclação homogênea A colisão aleatória de moléculas de vapor d água pode formar um pequeno embrião de gota de água A probabilidade de colisão limita o tamanho do embrião a < 0,01 µm e sat para um embrião é equivalente a muitas centenas de UR O embrião evapora com uma UR < 100,5% Efeito do Soluto A condensção da água sobre NC dissolve a partícula A água condensa, para a maioria de partículas de sal, a UR ~ 70% Algumas partículas de soluto ficam na superfície da gota Deslocam as moléculas d água Reduzem a probabilidade de moléculas escaparem como vapor Reduzem e sat do valor requerido para a gota de água pura Os íons dos sais apresentam uma forte ligação com as moléculas d água molécula d água molécula de soluto

6 O efeito de curvatura e o efeito do soluto Umidade Relativa % Curvas de crescimento de gotas. O pico de cada curva é o ponto crítico de ativação da gota de nuvem. Define uma UR crítica correspondente g g g Números em vermelho são a massa de NC de sal Raio da gota (micrometros) Passos na formação de nuvens e nevoeiros Parcela de ar esfria, aumentando a UR Resfriamento radiativo à superfície Expanção no movimento ascendente O vapor d água é depositado sobre NC (décimos de µm) conforme a UR aumenta Depende do tamanho e da composição da partícula Se UR excede um valor crítico, as gotas são ativadas e crescem prontamente, formando gotas de nuvens (dezenas de µm)

7 De onde vêm os NC? Nem todas as partículas atmosféricas são núcleos de condensação de nuvens (NCN) Bons NCN são higroscópicos Muitas partículas de sais e de ácidos são encontradas na atmosfera NCN naturais partículas de sal marinho (NaCl) Partículas produzidas por emissões biogênicas de enxofre Produtos da queima da vegetação NCN de atividades humanas Poluentes da combustão de materiais fósseis reagem na atmsofera e formam ácidos e sais Dióxido de enxofre reage para formar ácido sulfúrico e sais de sulfato de amônia Óxidos de nitrogênio reagem para formar ácido nítrico que podem combinar com amônia e formar partículas de nitrato de amônia Algo mais sobre NCN aerossol sulfato SO 2 H 2 SO 4 SO 2 As nuvens contribuem para a produção de NCN Ingestão de dióxide de enxofre (SO 2 ) nas nuvens Reações químicas nas gotas de nuvens convertem SO 2 dissolvido em formas solúveis de sulfato Quando as gotas de nuvens evaporam, as partículas solúveis de sulfato são deixadas na atmosfera As conventrações de NCN variam no tempo e no espaço Tipicamente por cm 3 Alta em ambientes poluídos Altas concentrações de NCN permitem altas concentrações de gotas de nuvens Impacto climático destas nuvens com maior albedo?

8 Nevoeiro Nevoeiros são nuvens em contato com o chão Alguns tipos de nevoeiros formam-se comumente Nevoeiro de radiação Nevoeiro de advecção Nevoeiro de ascenção Nevoeiro de evaporação e mistura Nevoeiro de Radiação Perda de radiação da superfície e condução de calor das camadas adjacentes diminuem a temperatura do ar próximo ao chão A camada de ar próxima ao chão torna-se saturada e forma-se então o nevoeiro O nevoeiro se intensifica conforme o resfriamento radiativo continua no decorrer da noite O aquecimento solar aquece o chão e causa a destruição do nevoeiro nas camadas próximas ao chão Quais as condições meteorológicas que favorecem o nevoeiro de radiação?

9 Nevoeiro de Advecção Ar quente move-se (é advectado) sobre uma superfície fria A superfície fria esfria o ar quente Se a saturação é alcançada, forma-se o nevoeiro Comum na costa oeste dos EUA Ar quente e úmido do Pacífico é advectado sobre as águas frias ressurgentes na costa Conforme o ar saturado (nevoeiro) move-se para dentro do continente, o aquecimento solar esquenta a superfície e as camadas adjacentes O nevoeiro evapora nas camadas próximas ao chão Nevoeiros de advecção na costa da Califórnia são a fonte chave de umidade para a vegetação (Redwoods) Outros tipos de Nevoeiro Nevoeiro de Evaporação (mistura) A mistura de ar quente e úmido produz a saturação de ar mais frio Exemplos Exalar o ar num dia frio Evaporação da água de uma superfície relativamente quente e úmida e sua mistura com o ar acima. (Smokestack plume, contrails) Nevoeiro de ascenção Ar úmido sobe numa superfície inclinada, montnaha ou escarpa. Expanção do ar causa o resfriamento e UR aumenta

10 Visibilidade e Nevoeiro O espalhamento da luz pelas gotas do nevoeiro (espalhamento geométrico) degrada a visibilidade, levando a Fatalidades no trânsito Acidentes em aeroportos Prevenção Monitoramento e avisos de nevoeiros (sensores ópticos) - modelos Dispersão de nevoeiros (cara e de limitada utilidade) Nuvens As nuvens resultam da saturação do ar acima da superfície Elas podem ser espessas ou finas, grandes ou pequenas Conter gotas de água e/ou cristais de gelo Formar-se na alta ou baixa troposfera Formar-s na estratosfera As nuvens influenciam o ambiente de várias maneiras: - balanço radiativo, - ciclo d água, - processos de poluição, - balanço de cargas no sistema terra-atmosfera, etc.

11 Classificação das Nuvens As nuvens são caracterizadas pela altura, aparência e desenvolvimento vertical Nuvens altas 6 18 km em latitudes tropicais 5 13 km em latitudes médias 3 8 km em latitudes polares Principais tipos - Cirrus, Cirrostratus, Cirrocumulus Nuvens Médias 2 8; 2 7; 2-4 km Principais tipos Altostratus, Altocumulus Nuvens baixas abaixo de 2000 m Principais tipos Stratus, Stratocumulus, Nimbostratus Nuvens com desenvolvimento vertical Principais tipos Cumulus, Cumulonimbus Nuvens Altas Nuvens Altas Branca durante o dia; vermelha/laranja/amarela durante o nascer ou pôr do sol Composta de cristais de gelo Cirrus Finas Movem-se de oeste para leste (!) (em casos particulares) Indicam bom tempo Cirrocumulus Menos comuns que Cirrus Aglomerados brancos, pequenos e arredondados individuais ou em longas linhas Cirrostratus Finas e estratificadas Sol e lua claramente vistos através delas Halo Freqüentemente precedem precipitação

12 Cirrus Cirrus Cirrus ao nascer do sol

13 Cirrocumulus Cirrocumulus Cirrocumulus ao pôr do sol

14 Cirrostratus Cirrostratus com Halo Contrails

15 Nuvens Médias Altocumulus < 1 km de espessura maior parte é gota d água cinza, arredondadas Diferenças do Cirrocumulus maiores maior contraste Altostratus cinza, azul-cinza Freqüentemente cobre todo o céu O sol ou a lua podem ser vistos sem ofuscar a vista Freqüentemente sem sombras

16 Altostratus Alto Stratus Castellanus Altocumulus

17 Altocumulus Alto Cumulus Radiatus Alto Cumulus Alto Cumulus Undulatus

18 Nuvens Baixas Stratus Uniformes, cinzas Parecem nevoeiro que não alcança o chão Comumente sem precipitação, mas chuvisco leve é possível Stratocumulus Nuvens baixas irregulares Quebra-se (comumente) em elementos de nuvens Base mais baixa e maior do que a do altostratus Nimbostratus Cinza escuro Chuva ou neve contínua e moderada Evaporação da chuva debaixo da base pode formar stratus fractus

19 Stratus fractus Olhando abaixo uma região com Stratus sobre o Atlântico

20 Camadas de Nuvens estratiformes Ruas de Stratocumulus Stratus undulatus

21 Stratus Uma camada de Stratocumulus vista de cima Nuvens com desenvolvimento vertical Cumulus Flocos de algodão Base plana, topo arredondado Mais espaçoes entre os elementos de nuvem do que em Stratocumulus Cumulonimbus Nuvem de tempestade Muito alta, alcança freqüentemente a tropopausa Individuais ou agrupadas Grande energia liberada na condensação de vapor d água

22 Cumulonimbus com Pileaus Cumulonimbus com Tornado

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24 Sumário dos Tipos de Nuvem

25 Observações de Satélite Os satélite podem ser Geostacionários Monitores fixos em uma região da Terra Órbita Polar Orbita o polo com a Terra revolvendo abaixo Os satélites observam nuvens Vapor d água Precipitação properties da superfície (temperatura, cobertura de neve, vegetação, TSM, etc) Fotos de Satélite no Visível e IV Visible IR