1. Introdução. no item anterior tratamos do Balanço de energia: como o calor é transformado e usado no sistema da Terra-Atmosfera

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1 O AQUECIMENTO DA ATMOSFERA TEMPERATURA

2 1. Introdução no item anterior tratamos do Balanço de energia: como o calor é transformado e usado no sistema da Terra-Atmosfera Uma mudança no conteúdo de calor na atmosfera pode ter dois resultados: mudança na temperatura (acontece sempre) trabalho de expansão (acontece às vezes) [ primeira lei da termodinâmica] Distribuição e mudanças na Temperatura são resultado dos processos envolvidos no balanço de energia

3 A mudança na temperatura devido a uma adição do calor (aquecimento) em um objeto (sem trabalho de expansão) depende de dois fatores: a massa do objeto m [Kg] o calor especifico do objeto C [J/(Kg*K)] característica da substância: quanto de energia (J) é necessário para elevar em 1K a temperatura de 1Kg desta substancia.

4 Diferença entre Temperatura e Energia:

5 Lado esquerdo: mesma temperatura em todos os objetos. Mas: diferente - quantidade de massa (m); - substancia Calor especifico (C) Assim: mudança de T - menor onde a energia é distribuída sobre mais massa - menor onde o objeto possui calor específico maior - maior onde mais energia é absorvida Diferenças em Temperatura: determina a direção e o fluxo de calor Fluxo de calor vai da alta para baixa temperatura Alta energia armazenada Baixa energia reservada Diferença de T : propriedade que determina a direção do fluxo de calor em um objeto quando está em contato com outro objeto com temperatura diferente

6 2. Temperatura do Ar Principal influência na temperatura do ar (próximo a superfície): QH - fluxo de calor sensível = energia usada para aumentar temperatura do ar - é uma resposta ao balanço de energia - o calor da superfície é misturado em uma camada de 1-2 quilômetros de espessura acima da superfície (pela turbulência) - quanto mais espessa a camada de mistura, maior o calor necessário para a mudança de temperatura

7 Outras influências para a mudança na temperatura do ar: Absorção e emissão de radiação de onda longa - conversão da radiação em calor (aquecimento) ou de calor para radiação (resfriamento) - usualmente requer ar bem úmido (alta emissividade) Condensação: - formação de nuvem (ou nevoeiro) libera calor latente - pára o resfriamento, não aquece diretamente

8 Outras influências para a mudança na temperatura do ar: Advecção: -aquecimento/resfriamento devido ao transporte pelo vento -mudanças na massa de ar associada com a passagem de um frente -ventos de áreas frias ou quentes Mudança na Altitude : - expansão e resfriamento pelo levantamento do ar - compressão e aquecimento devido ao abaixamento do ar

9 Influência do Balanço de Radiação na Temperatura do Ar: A temperatura da superfície é influenciada por Q*: - QH pode somente aquecer o ar até ao ponto em que está disponível de Q * K é o controle primário no Q* (e assim de T): - Influencia sazonal da temperatura pela latitude (através de K ) (aquecimento no trópicos, resfriamento nos pólos) Tipo de superfície controla Q* via ε e α: Q* = (K - K ) + (L - L ) α ε Q* afeta e controla QH: Q* = QG + QH + QE

10 3. CONTROLE DA POSIÇÃO GEOGRÁFICA NA TEMPERATURA Quatro principais fatores (fora a latitude): (i) O aquecimento diferencial entre a terra e a água (ii) correntes oceânicas (iii) altitude (iv) posição geográfica relativa O resultado desses controles é a distribuição global e a evolução diurna e sazonal da temperatura.

11 Diferenças entre o aquecimento na terra e no oceano Terra Água Sólido - condução Líquido convecção aquece uma fina camada da superfície Diário: 10 cm Anual: 15 m Aquecimento mais rápido para uma temperatura mais alta Resfriamento mais rápido para uma temperatura mais fria Turbulência - distribui calor para uma camada de massa maior Diário: 6 m Anual: m A superfície resfria lentamente movimento vertical água superficial uma vez resfriada afunda e é substituída pela água mais quente

12 Terra Água Opaco Transparente - Calor absorvido principalmente pela superfície Calor especifico 3 vezes menor vezes maior Ex.: A mesma quantidade de energia aumentara a T em 15K (terra) e em - K penetra diversos metros Calor especifico 3 A água requer > 3X mais calor para aumentar a T que a mesma quantidade de terra 5K (água) Evaporação - menor Evaporação maior - processo de resfriamento

13 EXEMPLO 1. Escala local Compare cidades costeiras e continental uma para mesma latitude Vancouver (costeira) ~49 Winnipeg (continental N ) Av: 2 C Jan Av: -18 C Av: 18 C Jul Av: 20 C Oceano Clima moderado Não tem oceano para moderar os extremos

14 Correntes Oceânicas Impacto na Temp. nas áreas costeiras Corrente quente Corrente fria se move do equador para o Polo se move do Polo para o Equador Correntes oceânicas quente (fria) mais impacto no inverno (verão)

15 Altitude T cai na media 6.5 C/m com a altura [lapse rate] na troposfera livre A densidade (ρ) e Pressão (P) também diminuem com a altura Altitude também afeta o range de temperatura Redução da densidade - Atmosfera absorve, reflete uma porção menor de K Aumenta K recebido na superfície Intenso aquecimento diário - Menor absorção pela atmosfera (L, K ) L para a terra é reduzido Noite resfriamento mais rápido Maior o range de temperatura para lugares mais elevados Os locais elevados não estão tão frios como se esperaria da taxa média do lapse rate por causa do K maior

16 Posição relativa aos ventos predominantes BARLAVENTO SOTAVENTO quente e seco

17 DISTRIBUIÇÃO GLOBAL DA TEMPERATURA PADRÃO GERAL: - Tendência N-S : decréscimo da T para os polos (K ) - Perturbações L-O : mais quente/frio sobre a terra (verao/inverno) correntes oceânicas quente, fria

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19 Diferença de Temperatura entre Verão e Inverno EQUADOR : Menos diferença de Temperatura que nas latitudes médias POLOS : maior diferença de Temperatura

20 Ciclo diurno da Temperatura Máximo pm Mínimo Nascer do sol

21 Ciclo diurno da Temperatura K - Fonte primaria, pico ao meio dia L - Perda primaria, atua 24h ao longo do dia Noite atmosfera e superfície resfriam pois emitem L - energia que é perdida e não sendo substituído por K Mínimo de T em torno do nascer do sol - logo antes de começar a aquecer a terra novamente ar Máximo de T meio da tarde Atraso do pico de K, mas K é ainda forte, e QH aquece o ar acima Atraso do Máximo Tamanho do atraso depende das condições locais. Ex. condições de nuvem, seco/úmido, latitude, ambiente geográfico

22 Exemplos (a) Localização próximo ao oceano ou grande massa de água pequeno ciclo diurno comparado com o continente oceanos pequeno range diurno ar acima idem (b) Dia claro versos nublado SEM nuvens K grande T na superfície alta alta T do ar L perde para o espaço menos L T mais fria dia noite COM nuvens K reduzido Diminui T do ar L absorvido pelas nuvens mais L T permanece quente

23 Temperatura do ar anual Data das estações Astronômica indica o começo das estações meteorológicas, mas não indicam o pico. (assim como o ciclo diário, os máximos são deslocados) Efeito da retardação do aquecimento da terra (demora um tempo: uma quantidade grande de massa envolvida) Transporte meridional de energia i.e. energia transportada em direção ao pólo Quanto o contraste de T se torna grande as correntes da atmosfera e do oceano "trabalham mais duramente" para transportar o calor Logo após o máximo solar contraste de T através das latitudes se torna mais pronunciado sobre continentes do que no oceano. Atraso maior nas áreas oceânicas áreas Continentais - Julho máximo (janeiro HS) áreas costeiras - Agosto/setembro máximo (fevereiro/março HS)

24 temperatura do solo: Diário e anual Grandes variações próximo a superfície: depende de Q* e da condutividade de calor do solo e calor especifico aumento da profundidade (a partir da superfície), variação decresce -Em regiões sub-árticas: o solo profundo nunca descongela ( permafrost ) -Ciclo diário alcança ~ 20 cm dentro do solo (quase não tem variação de temperatura a profundidades >s) - Ciclo anual alcança ~ 6 m dentro do solo (quase não tem variação sazonal da temperatura a profundidades >s) No solo profundo, o atraso se torna grande: Grande quantidade de massa envolvida, demorando mais para aquecer camadas mais profundas a aproximadamente 10m no solo, o atraso é ~ 6 meses: max. em Janeiro (julho HS) - min, em Julho (janeiro HS) diferenças na T muito pequenas: essencialmente não há estações