Precipitação. Umidade do ar. Vapor d água na atmosfera. Condensação na atmosfera. Resfriamento do ar úmido

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1 Composição e estrutura vertical da atmosfera Precipitação Composição (em volume) Nitrogênio ~78% Oxigênio ~2 Argônio ~ CO 2 ~,3 Outros traços Vapor dágua de a 4% Prof. Dr. Silvio F. Barros Ferraz Depto. Ciências Florestais ESALQ/USP Umidade do ar ÁGUA Vapor d água na atmosfera Princípios básicos: Equação dos gases PV = nrt (n = m/m) Pressão Líquido a. A tensão de vapor é proporcional à massa de vapor retida pelo ar; b. A dada temperatura, existe um máximo de massa de vapor que o ar pode reter; c. Quanto maior a temperatura do ar, maior a massa de vapor que o ar pode reter. Sólido Ponto Triplo Gás Tensão atual de vapor Tensão de saturação Curva de saturação Em condições normais de t e P a água se apresenta em suas três fases: sólida, liquida e gasosa. Vapor Temperatura Ponto de orvalho é a temperatura na qual o ar atinge a saturação: UR = % Condensação na atmosfera Pode se dar por dois mecanismos: Não é exatamente o inverso da evaporação. Depende da presença de núcleos de condensação a. A tensão de vapor d agua aumenta até atingir a saturação. É quando uma massa de ar frio se aproxima de uma superfície mais quente, como sobre rios e lagos ou mesmo vegetada, em manhãs frias. b. O ar úmido se resfria até a temperatura do ponto de orvalho. Este é o processo mais importante de condensação. Na atmosfera o resfriamento do ar se dá até uma temperatura abaixo do ponto de orvalho e é responsável pela formação de nevoeiro, nuvens e precipitações. Também ocorre sobre superfícies, como o orvalho e a geada, p.ex. Resfriamento do ar úmido a. Por condução de calor: ) o ar úmido se desloca sobre uma superfície mais fria e é resfriado por condução; 2) quando sobre uma superfície plana e em ausência de vento, o processo evaporativo formar uma fina camada de ar frio próxima à superfície; 3) num terreno montanhoso e com ausência de vento a evaporação nas partes altas causar resfriamento; 4) finalmente, pela ação da velocidade do vento. b. Resfriamento por irradiação: O ar perde calor por radiação direta. c. Por mistura de massas de ar: Quando duas massas de ar saturadas, mas a temperaturas diferentes, se misturam o resfriamento da massa mais quente produzirá uma condição de super-saturação.

2 Resfriamento do ar úmido Precipitação d. Por expansão adiabática. De todos, é o principal processo. É rápido e é o responsável pela maioria das precipitações, desde moderadas até as intensas. O ar não saturado se eleva e se expande adiabaticamente: é o estágio seco. Como o trabalho de expansão se dá à custa da energia interna do sistema, a temperatura cai podendo atingir o nível de condensação: é o estágio de chuva. Condições: A condensação de vapor d água se dá sobre a superfície dos núcleos de condensação (núcleos higroscópicos), e em seguida, se inicia o processo de crescimento da gotícula. A precipitação só ocorre quando a força da gravidade que atua sobre uma partícula superar as forças que a sustentam no ar. Isso acontece não só com as gotas d agua mas com poeira, particulados finos, etc. Se a massa continuar se elevando a temperatura cairá abaixo do ponto de congelamento: que é o estágio de granizo. Entretanto, o estágio seco pode evoluir diretamente para um quarto estágio, estágio de neve, quando o ponto de saturação for alcançado a uma temperatura inferior aquela de congelamento (sublimação). Tipos de precipitação Convectiva: A massa de ar em equilíbrio instável se eleva bruscamente provocando condensação do vapor d água e a formação de nuvens. A precipitação é intensa, de curta duração e localizada. Ocorrência típica de verão nas regiões tropicais Pode provocar cheias, alagamentos e destruição. Tipos de precipitação Orográfica A massa de ar quente e úmida ascende ao atravessar as unidades de relevo. Causa precipitações de baixa intensidade, localizadas e de longa duração. É o que determina as áreas secas e semi-áridas. Tipos de precipitação Frontal ou ciclônica: A precipitação se dá pela interação entre massas quentes e frias em regiões de convergência. A precipitação é de média intensidade e longa duração, podendo se estender por grandes áreas. Pode provocar cheias em grandes bacias. Precipitação Variável climática mais importante e representa a alimentação dos sistemas hídricos; A precipitação esta relacionada com o total ocorrido num tempo definido. O valor isolado não tem significado. Por ex. mm é muito é hora e muito pouco num ano. A variabilidade temporal e espacial da precipitação é base para o conhecimento do comportamento da disponibilidade hídrica de uma bacia. Rio Piracicaba 994 Projeto PiraCena Tucci 2

3 Formas de Precipitação Precipitação Medidas Forma Garoa Diâmetro das partículas <,mm Característica Uniforme Intensidade Baixa: < mm/h Medidas Pluviométricas: Altura (mm): altura da coluna d água acumulada no período; Duração (hr, minutos): tempo decorrido por precipitação; Graniso Neve,mm Pedras de gelo Cristais de gelo As gotas podem crescer até 6mm por coalizão e condensação. Em tempestades de verão/primavera formados a partir do vapor d água quando a temp. do ar chega a C. Leve: < 2,mm/h Moderada: 2,6 a 7, mm/h Pesada: > 7,mm/h Variabilidade temporal da precipitação Mensal Trimestral Anual Total Distribuição Séries históricas -> NORMAIS Variação espacial da precipitação Lima, 996 Intensidade de chuva Cálculo da intensidade Intensidade relação entre altura da água (em mm) e duração (hr), resultando na unidade mm/hr Passos: Dados coletados a. Calculo do intervalo de tempo entre cada medida Dados calculados b. Cálculo do intervalo de precipitação entre as medidas c. Cálculo da intensidade, dividindo-se o intervalo de precipitação (em mm) pelo intervalo de tempo (em horas). Lima, 996 Intensidade de chuva Frequência Freqüência Probabilidade p de se ter um fenômeno igual ou superior ao analisado, ocorrendo em um ano qualquer. O inverso de p é o tempo de retorno (Tr), definido como o período (médio) de tempo durante o qual se espera que a precipitação estudada seja igualada ou superada. Probabilidade de ocorrência (P) P = / Tr Probabilidade de não ocorrência (q) Q = p -> Q = ( Tr- ) / Tr Probabilidade de ocorrência para um período (pn) Pn = q n Tempo de retorno adotados: Microdrenagem urbana: 2 a anos Drenagem urbana: a anos Pontes e bueiros com pouco trânsito: a anos. Pontes e bueiros com muito trânsito: a anos Grandes obras hidráulicas:. anos Lima, 996 3

4 Medindo a chuva Medindo a chuva Pluviômetros Pluviômetros e pluviógrafos clássicos e automatizados Variabilidade da precipitação anual em Piracicaba, SP. (de 9 a 2) Variação espacial 2 8 pp anual média móvel Precipitação anual (mm) E.S.B.Ferraz Ferraz, F., 2 Variação espacial da precipitação Sul da Bahia Padrões anuais de distribuição de chuvas Bebedouro, SP Itabaianinha, SE 3 Tmed Tmed 3 3 Temperatura média ( o C) 2 2 (mm/mês) Temperatura média ( o C) 2 2 (mm/mês) Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Taquarí, RS Uberaba, MG Tmed 3 Tmed 3 Temperatura média ( o C) 2 2 (mm/mês) Temperatura média ( o C) 2 2 (mm/mês) Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Sentelhas/Angelocci 4

5 Análise dos dados: preenchimento de falhas Inverso da distância ponderada (IDW) Preenchimento de falhas: (a) proporção; (b) regressão ou outras técnicas estatísticas. Por proporção em função de postos vizinhos e utilizados para estatísticas da precipitação e durações superiores a semana. Preferencialmente com duração superior a mês. Preenchimento com base em postos vizinhos: Proporcional à média anual: x x2 x3 y = [ + + ]ym 3 xm xm2 xm3 x y x3 x2 Interpolador exato A influência de um ponto próximo ao valor interpolador é isotrópica. Os melhores resultados do IDW são obtidos com malhas regulares de amostragem Se os pontos de amostragem são esparsos e raros, os resultados podem não representar a superfície desejada. zi é o valor de precipitação de um ponto i zj é a precipitação de uma amostra j vizinha do ponto i da grade wij é um fator de ponderação. Paul Bolstad, GIS Fundamentals Inverso da distância ponderada Análise de consistência: dupla massa Exemplo Plotagem das precipitações acumuladas do posto em análise com a média dos valores acumulados da região Mudança de tendência indica inconsistência que pode variar de acordo com o problema. A plotagem é realizada para valores mensais e no sentido do passado para o presente, quando os valores presentes serão corrigidos 39,4 Dupla massa : correção Precipitação média em uma área O valor corrigido é obtido por Pc = Pa* + Ma/Mo x DPo Pc = precipitação corrigida Pa = precipitação quando ocorre a alteração; Ma e Mo inclinação das retas desejada e que deve ser corrigida; DPo = Po-Pa* Po o valor a ser corrigido Determinação da altura média em uma área específica (para balanço hídrico). Precipitação média = lâmina de água de altura uniforme sobre toda a área considerada associada a um período de tempo (abstração) Métodos: Método da média aritmética Média aritmética dos valores dos pluviômetros dentro da área. Assumindo que os pluviômetros se distribuem de forma uniforme e a área tem relevo suave relativamente plano. P + P3 + P4 P2 P Estação Registro (mês de m = 3 pluviométrica julho) mm P P2 P3 P P P3 P4

6 . Unir todos os postos pluviométricos vizinhos 2. Encontrar as mediatrizes das linhas anteriores mm mm 2 mm 2 mm 7 mm 7 mm 7 mm 82 mm mm mm 2 mm 2 mm 7 mm 7 mm mm mm 2 mm 2 mm 7 mm 7 mm 6

7 Precipitação média em uma área Método de Thiessen Leva em conta a irregularidade na distribuição dos pluviômetros mas não do relevo. Atribui um fator de peso à precipitação registrada em cada pluviômetro, baseado na área de influência de cada um. mm Pm = A n i= A P i i P 2 A i 2 mm P 4 7 mm P P 3 Precipitação média em uma área Interceptação Método das isoietas Traçado de linhas de igual precipitação (valores inteiros) Ajuste das linhas por interpolação Entre postos pluviométricos. P P2 P3 7 P4 Influência da floresta sobre o recebimento e redistribuição das chuvas em relação à superfície do solo Efeito - > diminuição no total de chuva que atinge o solo. Pode chegar a % em alguns tipos de floresta Consumo total de água Seca -> transpiração e evaporação direta da água do solo -> inclui a interceptação também Superpor mapa de relevo e ajustar as Isoietas com o relevo Planimetrar a área entre isoietas e multiplicar pela Média de precipitação entre duas isoietas. A porcentagem de chuva interceptada depende do volume de chuva e também da característica da floresta Ex: chuva mm, interceptação = mm (%) Ex2: chuva = 2mm, interceptação = mm (%) Ex3: chuva = 8mm, interceptação = 2mm (2,%) Somar as sub-áreas e dividir pela área total da bacia Pm = A n i= A i, i+ ( Pi + Pi + ) * 2 Interceptação da chuva por uma floresta Processo de interceptação Componentes: Precipitação incidente (P): chuva que é medida acima da copas da floresta Precipitação interna (PI): chuva que atravessa o dossel florestal, incluindo gotas que passam diretamente assim como gotas que respingam da água retida na copa Escoamento pelo tronco (Et): água da chuva que escoa pelos troncos em direção à superfície Precipitação Efetiva (PE): água que efetivamente chega ao solo, incluindo PI e Et Perda por interceptação (I): fração da chuva que é evaporada diretamente da copa, não atingindo o solo. Lima, 996 Lima, 996 7

8 Equação da continuidade Fatores que influenciam a interceptação I = P PI - Et PE = Pi + Et I = P - PE Precipitação incidente (P) Precipitação interna (PI) Escoamento pelo tronco (Et) Precipitação Efetiva (PE) Perda por interceptação (I) S PI S P PI Et Aspectos da vegetação Índice de Área Foliar, liteira, variações sazonais, natureza da superfície (rugosidade, repelência, absortividade da liteira, arranjo das folhas e galhos). Aspectos meteorológicos número e intervalo entre eventos de precipitação, intensidade da chuva, velocidade do vento durante e depois da chuva Tucci Vianei, 2 Monte et al, 27 Medição da interceptação Lima, 996 8