Disciplina: Física da Terra e do Universo para Licenciatura em Geociências. Tópico 5 - Vento

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1 Disciplina: Física da Terra e do Universo para Licenciatura em Geociências Tópico 5 - Vento 2010

2 VENTO O vento consiste na circulação, no movimento da atmosfera. Em meteorologia, costuma-se dividir o vento em suas duas componentes: Horizontal Vertical A intensidade da componente horizontal do vento geralmente é muito maior que a vertical. A componente horizontal é representada por: Intensidade (ou velocidade do vento) e Direção/Sentido A componente vertical normalmente está associada à estabilidade da atmosfera (ar quente sobe, ar frio desce)

3 VENTO Atividade: Desenhar a rosa dos ventos com 16 direções (colocar as siglas dos pontos cardeais, colaterais e subcolaterais).

4 Direção do vento O sentido do vento é indicado pela direção de onde o vento é proveniente, ou seja, de onde ele vem. O sentido é expresso tanto em termos da direção de onde ele provém como em termos do azimute, isto é, do ângulo que o vetor da direção forma com o Norte geográfico local. Assim, um vento de SE terá um ângulo de 135º. 0o 337,5o Pontos: 22,5o 315o 45o 292,5o -cardeais, colaterais e sub-colaterais 67,5o 270o 90o 247,5o 112,5o 135o 225o 157,5o 202,5o 180o QUADRANTES E OCTANTES

5 Intensidade Atividade: Conversão de unidades

6 Preencher a tabela abaixo: nós 0, , m.s -1 0, km.h 1 1,852 3,6 mph 1,1507 2,2369

7 Velocidade do vento nós 0, , m.s -1 0,3 0,514 1,0 1,0 1,5 2,1 2,6 5,1 7,7 10,3 12,9 15,4 20,6 25,7 36,0 51,4 77,1 102,8 141,4 km.h ,852 3,6 3,7 5,6 7,4 9,3 18,5 27,8 37,0 46,3 55,6 74,1 92,6 129,6 185,2 277,8 370,4 509,3 mph 0,6 1,151 2,2 2,3 3,5 4,6 5,8 11,5 17,3 23,0 28,8 34,5 46,0 57,5 80,5 115,1 172,6 230,1 316,4

8 INTENSIDADE Escala de Vento de Beaufort Essa escala ajuda a interpretar os dados de velocidade máxima do vento (rajadas) medidos nas estações meteorológicas convencionais (a 10 m de altura) Grau Descrição Velocidade (km/h) 0 Calmaria Vento Calmo Brisa Amena Brisa Leve Brisa Moderada Brisa Forte Vento Forte Vento Muito Forte Vento Fortíssimo Temporal Temporal Forte Temporal Muito Forte Tornado, Furacão > 118

9 Grau Designação nós km/h m/s Aspecto do mar 0 Calmaria <1 <2 <1 Espelhado 1 Bafagem 1a3 2a6 1a2 Pequenas rugas na superfície do mar 2 Aragem 4a6 7 a 11 2a3 Ligeira ondulação sem rebentação 3 Fraco 7 a a 19 4a5 Ondulação até 60 cm, com alguns carneiros 4 Moderado 11 a a 30 6a8 Ondulação até 1.5 m, carneiros frequentes 5 Fresco 17 a a 39 9 a 11 Ondulação até 2.5 m, muitos carneiros 6 Muito Fresco 22 a a a 14 Ondas grandes até 3.5 m; borrifos 7 Forte 28 a a a 17 Mar revolto até 4.5 m com espuma e borrifos 8 Muito Forte 34 a a a 21 Mar revolto até 7.5 m com rebentação e faixa 9 Duro 41 a a a 24 Mar revolto até 9 m; borrifos afectam visibilid 10 Muito Duro 48 a a a 28 Mar revolto até 12 m; superfície do mar bran 11 Tempestade 56 a a a 32 Mar revolto até 14 m; pequenos navios sobe 12 Furacão >64 >119 Mar todo de espuma; visibilidade nula >33

10 Grau Designação nós km/h m/s Efeitos em terra 0 Calmaria <1 <2 <1 Fumaça sobe na vertical 1 Bafagem 1a3 2a6 1a2 Fumaça indica direcção do vento 2 Aragem 4a6 7 a 11 2a3 As folhas das árvores movem; os moinhos come 3 Fraco 7 a a 19 4a5 As folhas agitam-se e as bandeiras desfraldam a 4 Moderado 11 a a 30 6a8 Poeira e pequenos papéis levantados; movem-s 5 Fresco 17 a a 39 9 a 11 Movimentação de árvores pequenas; superfície 6 Muito Fresco 22 a a a 14 Movem-se os ramos das árvores; dificuldade em 7 Forte 28 a a a 17 Movem-se as árvores grandes; dificuldade em a 8 Muito Forte 34 a a a 21 Quebram-se galhos de árvores; circulação de pe 9 Duro 41 a a a 24 Danos em árvores; impossível andar contra o ve 10 Muito Duro 48 a a a 28 Árvores arrancadas; danos na estrutura de cons 11 Tempestade 56 a a a 32 Estragos abundantes em telhados e árvores 12 Furacão >64 >119 >33 Grandes estragos

11 Definição de vetor Vetor É uma grandeza que possui uma direção, um sentido e do i t n um módulo. Se lo d Mó Di ão ç re u Representação de um vetor V=V Módulo de um vetor V = V = V

12 Vetor Representação V=V z (x,y,z) Componentes de V z V=(x,y,z) V O x x y y

13 Diagonal de um paralelepípedo D c a d b d2 = a2 + b2 D2 = d2 + c2 D2 = a2 + b2 + c2

14 Elementos que definem um Vetor Sentido de V z V=(x,y,z) z de o eçã r i D Módulo de V (tamanho) V = V {x2+y2+z2} V O x x V y Pr v n oj eç o p ão l an de ox y y Vetor V: Sentido Direção Módulo

15 Versor z Versor é um vetor de módulo unitário: u = u = 1 u O x y

16 Versores das direções dos eixos cartesianos z i : Versor da direção x j : Versor da direção y k : Versor da direção z k i x O j y i 1 j 1 k 1

17 Representação de um Vetor relacionado com um Versor z V V=(x,y,z) z V = (xi, yj, zk ) V = xi + yj + zk V = xi + yj + zk V k u i x x O j y y

18 Enunciado: Num sistema cartesiano, desenhe os vetores seguintes: a = 2i b = -3j c = 3i + 2j d = -2i + 3j + 2k α δ z d b a x y O c

19 Observações da estação automática do INMET Mirante de Santana No internet Explorer Dados para os dias 28 de fevereiro a 01 de março de 2010.

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21 Vetor vento Decomposição em suas componentes: Zonal Meridional

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24 VENTO Atividade: Decompor o vento em suas componentes zonal e meridional

25 HL Vel (m/s) Direção Atividade: Quais as componentes zonais e meridionais dos ventos às 01 e 02HL?

26 Vetor vento Direção Velocidade Vento médio: soma de vetores

27 Soma de vetores a) Módulo do vetor resultante: É dado pelo comprimento da diagonal indicada na figura. Portanto, v2 = v12 + v22 + 2v1v2cos γ, onde é o ângulo entre os dois vetores. b) Direção: Aquela da reta que contém a diagonal. c) Sentido: A partir do vértice formado pelos dois vetores.

28 Vetor vento Decomposição em suas componentes: Zonal Meridional

29 Soma vetorial u S α v s=u+v s2 = u2 + v2 + 2.u.v.cos α u = uxi + uyj + uzk V = vxi + vyj + vzk s = (ux + vx) i + (uy + vy) j + (uz + vz) k

30 Vento médio Calcule o vento médio entre 1 e 2 HL.

31 Revisão Quais as componentes zonal e meridional de um vento de norte de 3m.s-1? Quais as componentes zonal e meridional de um vento de oeste de 5m.s-1?

32 O que faz o ar entrar em movimento?

33 Isacc Newton ( ) 1ª. lei: Lei da inércia objeto em repouso continua em repouso, objeto em movimento continua em movimento 2ª. lei: (força) Força causa aceleração (mudança na velocidade e/ou direção com o tempo) Principais forças no sistema atmosférico: Força do gradiente de pressão Força de Coriolis Fricção

34 Analogia com a água Pressão exercida pela água ~ peso da água acima. P na base de A > P na base de B. Movimento de A para B Quanto maior a diferença de P, maior a força

35 Gradiente Horizontal de Pressão A mudança da pressão ao longo de uma certa distância é denominada de GRADIENTE DE PRESSÃO Dado um campo horizontal de pressão (campo escalar), o vetor gradiente horizontal de pressão é dado por: hp = ( p/ x, p/ y)

36 Gradiente horizontal de pressão Calcule os gradientes horizontais de pressão dos esquemas ao lado: 100 km

37 Gradiente horizontal de pressão Alta pressão/baixa pressão Isóbaras mostram a variação horizontal da pressão Gradiente de pressão = diferença de pressão/distância Aponta para as altas pressões Quanto mais próximas as isóbaras, mais intenso o gradiente de pressão 100 km

38 Força do Gradiente horizontal de pressão Aceleração do ar devido à diferença de pressão: Fgp /m = -(1/ ρ )* hp Mesma direção do gradiente, mas com sentido oposto (perpendicular às isóbaras) Fgp x/m= -(1/ ρ )*( p/ x) 100 km

39 Força do Gradiente de Pressão

40 Força do Gradiente de Pressão Vai da alta para baixa pressão Quanto mais próximas as isóbaras, maior o Gradiente de pressão Quanto maior o Gradiente de pressão, maior a força do gradiente de pressão Quanto maior a força do gradiente de pressão, mais intenso o vento

41 Força do Gradiente de pressão Isóbaras próximas força do gradiente de pressão maior ventos mais fortes Isóbaras mais espaçadas menor força do gradiente de pressão ventos mais fracos Se apenas a força do gradiente de pressão atuasse, os ventos iriam direto de centros de alta para centros de baixa pressão

42 Força de Coriolis

43 Atividade Desenhe um círculo (o maior que couber na página) Trace algumas linhas passando pelo centro do círculo (O) e outros círculos menores. Escolha um ponto de destino e marque-o como B Enquanto um colega gira o papel (sentido horário/anti-horário; simulando a rotação da Terra), trace uma reta entre a origem (O) e o ponto de destino B. Escolha um novo ponto de origem B A X (fora do pólo) e um novo ponto de destino Y, com mesma latitude Enquanto um colega gira o papel (sentido horário/anti-horário; simulando a rotação da Terra), trace uma reta entre a nova origem (X) e o ponto de destino Y.

44 Coriolis Force

45 Corriolis Force

46 Força de Coriolis Força aparente devido à rotação da Terra, desvia para a direita no HN, para a esquerda no HS Analogia: Imagine tentando pegar uma bola num carrossel. Desvio aparence causado pela força de Coriolis. Proporcional à velocidade do objeto Quanto mais forte o vento, maior o desvio. VÍDEO

47 Força de Coriolis A Terra, quando vista de acima do PN, gira no sentido anti-horário. Imagine 3 pontos no HN todos na mesma longitude: A é o mais próximo ao equador e C é o mais próximo do PN. Cada ponto dá uma volta ao redor do eixo da Terra em um dia: A percorre a maior distância, portanto tem a maior velocidade. C percorre a menor distância, portanto, tem a menor velocidade. Agora considere o ar ACIMA destes pontos. Para uma parcela de ar em repouso, sua velocidade para um observador fora da Terra será a mesma da superfície abaixo dela, entretanto, sua velocidade para um observador NA superfície, será ZERO. Suponha agora, que no ponto B a pressão atmosférica comece a baixar, fazendo com que o ar dos pontos A e C se dirijam ao ponto B. Como a parcela de ar de C sai com velocidade menor do que a velocidade de deslocamento de B, ela tende a ir para a sua direita. A parcela de ar de A se move mais rapidamente do que a que estava em B, portanto, também tem seu movimento deslocado para sua direita.

48 Força de Coriolis Vento sofre um desvio para a direita no Hemisfério Norte e para a esquerda no Hemisfério SUL O desvio depende da: Rotação da Terra Latitude (maior curvatura próximo aos pólos) Velocidade do objeto Só é aplicável para GRANDES DISTÂNCIAS!!! Não vale para tanques/pias/banheiras!!!

49 Força do Gradiente de pressão Isóbaras próximas força do gradiente de pressão maior ventos mais fortes Isóbaras mais espaçadas menor força do gradiente de pressão ventos mais fracos Se apenas a força do gradiente de pressão atuasse, os ventos iriam direto de centros de alta para centros de baixa pressão

50 Movimentos atmosféricos: Supondo que a Terra não girasse... Aquecimento diferencial...

51 Os movimentos atmosféricos ocorrem em resposta à diferença de pressão entre duas regiões Isso faz com que a atmosfera seja mais expandida no equador e mais contraída nos pólos As diferenças de pressão são devidas à incidência e absorção da radiação solar de maneira distinta entre duas regiões Na macro-escala, devido à posição relativa Terra-Sol, os raios solares são mais intensos e mais absorvidos na região Equatorial do que nos Pólos

52 Movimentos atmosféricos: Supondo que a Terra não girasse... Temperatura menor, Ar mais denso, Pressão maior Transporte de energia do Equador para os pólos Temperatura maior, Ar menos denso, Pressão menor

53 Como a Terra gira... EM superfície EM altitude

54 Como a Terra gira... 3 células de circulação em cada hemisfério

55 Movimentos Atmosféricos

56 Na macro-escala, os ventos de superfície estão associados à circulação geral da atmosfera, a qual é resultado da ação das forças mencionadas anteriormente. Ventos de E Ventos de W Alísios de NE Alísios de SE Ventos de W Ventos de E ZCIT Zona de convergência inter-tropical elevação do ar quente e úmido, formando nuvens e chuvas convectivas ZCET Zona de convergência extra-tropical encontro do ar frio e seco do Pólos com o ar quente e úmido dos trópicos, formando os sistemas frontais frentes polares, que causam perturbações atmosféricas em larga escala

57 Compare o modelo teórico da Circulação Geral da Atmosfera e o que realmente ocorre. Veja que as duas condições são muito semelhantes. (a) Modelo teórico da circulação geral da atmosfera (b) Condição média observada da circulação geral da atmosfera

58 Quebra" da distribuição zonal causada pela distribuição dos continentes.

59 Ciclones e Anticiclones Isóbaras Os ciclones e anticiclones formados na atmosfera são responsáveis pela mudança na direção dos ventos predominantes Os ciclones são centros de baixa pressão (L = Low). Os ventos convergem para esse centro pela força do gradiente de pressão e, em seu movimento, têm seu deslocamento desviado pela força de Coriolis (para a direita no HN e para a esquerda no HS) Os anticiclones são centros de alta pressão (H = High). Os ventos divergem desse centro devido à força do gradiente de pressão e, em seu movimento, têm seu deslocamento desviado pela força de Coriolis (para a direita no HN e para a esquerda no HS)

60 Vento de NE Vento de SW Vento de NW Vento de SE Vento de SW Vento de NE Vento de SE Vento de NW No seu deslocamento, os ciclones e os anticiclones promovem alteração na direção dos ventos.

61 Quebra" da distribuição zonal causada pela distribuição dos continentes.

62 Como é o tempo nos centros de alta e baixa pressão?

63 Ciclones Sistemas de baixa pressão na superfície Ventos fortes Movimentos ascendentes Nebulosidade/Precipitação Umidade relativa alta

64 Anticiclones Sistemas de alta pressão na superfície Sistemas de bom tempo Movimento subsidente Umidade relativa baixa Céu limpo Ventos leves À noite, céu sem nuvens e ventos fracos favorecem formação de inversões térmicas próximas à superfície

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67 Isóbaras ao nível do mar na Am. do Sul B Centro de Alta Pressão A Centro de Baixa Pressão

68 Circulações e Ventos Locais A circulação geral da atmosfera também se modifica acentuadamente tanto temporal como espacialmente, devido ao aquecimento diferenciado entre continentes e oceanos, configuração de encostas, sistemas orográficos e topografia, originando circulações e ventos locais. Brisas Terra-Mar Dia Brisa Maritima ocorre durante o dia, quando o oceano encontra-se relativamente mais frio que o continente Noite Brisa Terrestre ocorre durante a noite, quando o continente encontra-se relativamente mais frio que o oceano

69 Aquecimento diferencial da superfície brisa marítima

70 Sugestão de exercícios preparatórios para a prova Qual a diferença entre tempo e clima? Qual a composição química da atmosfera atual? Descreva a estrutura vertical da atmosfera padrão, em termos de variação da temperatura com a altura. Equacione esta variação na troposfera. Quais são as camadas atmosféricas? Como é feita a conversão entre escalas de temperatura? Explique as estações do ano. Como são as trajetórias do sol nos equinócios e solstícios (no Equador e nos Trópicos)?

71 Sugestão de exercícios preparatórios para a prova 8. Descreva o procedimento para medir a temperatura de bulbo úmido e como esta medida é utilizada para se obter a umidade relativa do ar. 9. Descreva a variação média diurna da temperatura e umidade relativa do ar. 10. Qual a definição de pressão atmosférica? 11. Como a pressão varia com a altura? Como se faz a redução da pressão ao nível do mar usando a aproximação hidrostática? 12. Como a pressão varia ao se variar a temperatura numa coluna de ar?

72 Sugestão de exercícios preparatórios para a prova 13. Como a temperatura de ebulição varia com a pressão atmosférica? 14. Como é feita a decomposição do vento em meteorologia? 15. Explique a circulação geral da atmosfera. 16. Quais as forças que agem na atmosfera? De que forma elas atuam? 17. O que é um ciclone/anticiclone? Qual o tempo no centro de cada um destes sistemas? 18. Explique a circulação de brisa marítima e terrestre.