METEOROLOGIA OBSERVACIONAL I Ar Superior

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1 METEOROLOGIA OBSERVACIONAL I Ar Superior COMET Professor: ESTAÇÃO METEOROLÓGICA DE AR SUPERIOR INTRODUÇÃO As estações de ar superior destinam-se a processar a observação de dados meteorológicos referente a vários níveis da atmosfera terrestre, a partir da superfície. Estas observações conjugadas com as observações de superfície fornecem a imagem tridimensional da estrutura da atmosfera. Os dados de ar superior são de suma importância na previsão do tempo, na localização de massas de ar, na segurança e eficiência das operações das aeronaves, nos cálculos balísticos, na medição da poluição atmosférica, nos voos de aviões a jato e foguetes e na exploração espacial. A observação de ar superior consiste no lançamento de um balão de látex cheio de gás hélio unido a um equipamento rádio transmissor, composto de diversos sensores. A media que o balão sobe, o transmissor vai enviando os sinais dos sensores de bordo, a uma estação de recepção em terra que coleta os dados para serem enviados ao centro de tratamento. FINALIDADE As informações oriundas das radiossondagens realizadas numa estação terrestre não podem referir-se a quaisquer níveis atmosféricos. Elas devem restringir-se apenas ao número de níveis necessários e suficientes para permitir à correta visualização das condições atmosféricas sobre cada estação, possibilitando ainda, determinar os parâmetros meteorológicos que caracterizam o ar em cada nível. Em cada um desses níveis e por meio de sondagens efetuadas em horários preestabelecidos são observados valores referentes à pressão atmosférica, temperatura, umidade relativa do ar, direção e velocidade do vento. SENSORES As estações de ar superior são dotadas de um conjunto de sensores acoplados em uma pequena sonda, tais como: - pressão atmosférica, em hpa; - temperatura, em C; - umidade relativa, em %; - direção do vento, em graus, a partir do Norte verdadeiro (0,360); - velocidade do vento, em nós (kn), para a codificação da mensagem TEMP/PILOT e em (m/s); - para fins de registro; - altitude, em metro geopotencial (mgp).

2 Os valores das medidas de pressão, temperatura, e umidade do ar, são tomados por leitura direta. Entretanto, os valores de direção e velocidade do vento são tomados utilizando-se tecnologia baseada no sistema mundial de posicionamento por satélites (GPS). O metro geopotencial é definido como 0,98 do metro dinâmico, o valor do geopotencial é considerado praticamente igual à altura expressa em metros. As alturas nas quais se fazem as observações dos ventos em altitude são informadas em relação ao nível médio do mar, contudo, para computá-los, é mais prático fazer a medição da altura acima do nível da estação. As alturas devem ser corrigidas levando-se em conta a esfericidade da terra, quando as observações ultrapassarem a distância horizontal de 10 km Nesta distância, as correções se elevam aproximadamente a 8 metros e aumentam com o quadrado da distância horizontal. A sonda também contém um transmissor de sinais que em conjunto com os sensores é denominada de RADIOSSONDA. EQUIPAMENTOS e COMPONENTES Equipamentos Os equipamentos empregados em uma radiossondagens dividem-se em: - equipamento de vôo, também chamado conjunto ou trem de vôo, compreende os sensores e transmissores: - conjunto de terra, que é composto pelos equipamentos de recepção, processamento e registro das informações. A partir da década de 90 o INMET passou a utilizar os seguintes equipamentos: - VAISALA DIGICORA II (MW-15); - sistemas de antenas GPS, VGS; - aparelho de GROUND CHECK SET; - computador com os programas METGRAPH e SISSAT; - Impressora; - antena de transmissão. Gás Os dois gases mais apropriados para encher balões meteorológicos são o Hidrogênio e o Hélio, sendo este último o mais recomendado, pois seu uso não implica em risco de explosão nem incêndio. O empuxo (força de ascensão total) do Hélio é de 1.115kg/m 3 na pressão de 1013 hpa e a C.

3 O gás hélio (Fly Baloon) vem dentro de cilindro sob alta pressão e devem ser utilizados equipamentos adequados para a retirada e redução da pressão do gás. Características do cilindro utilizado: - tipo T; - conteúdo 7.8 m 3 ; - pressão 180 Kgf/cm 3 ; - peso 70 kg; - altura 1.40 m. O hélio é considerado um dos gases raros da atmosfera e como propriedades específicas é possível destacar: ser inerte, inodoro, incolor, não inflamável, menos denso que o ar, ter boa condutividade térmica e quando liquefeito atinge temperaturas próximas do zero absoluto. Quando o consumo é grande como no caso das estações de radiossonda, recomenda-se a montagem de uma central de gás com no mínimo três (03) cilindros, sobretudo porque se pode providenciar cilindros cheios antecipadamente, a fim de evitar a descontinuidade do lançamento diário do balão meteorológico, por falta do gás. Balão Meteorológico Os balões meteorológicos são empregados para transportar as sondas que contém os sensores e transmissor para as observações de rotina em altitude, são usualmente do tipo extensível e de forma esférica. Devem ser de tamanho e qualidade tal que assegurem o transporte do peso necessário (habitualmente de 1 a 2 kg) até altitudes da ordem de 30 km, com razão de ascensão suficientemente rápida para garantir uma razoável ventilação dos elementos de medição. A matéria prima adequada para a fabricação dos balões meteorológicos é a borracha natural ou borracha sintética, e uma vez que os balões estejam prontos, devem estar isentos de qualquer substância estranha, buraquinhos ou outros defeitos, e devem ser homogêneos e de espessura uniforme. Devem estar providos de uma gola de 1 a 5 cm de diâmetro e comprimento de 10 a 20 cm, conforme a dimensão do balão. No caso dos balões para radiossondagem, a gola deve ser capaz de suportar um peso de 18 kg sem danificar a borracha. Os diversos tamanhos são melhores identificados pelos seus pesos nominais em gramas. O peso real de cada balão individual não deve deferir em mais de 20% do peso nominal especificado. Além disso, os balões devem ser capazes de se expandirem em pelo menos quatro vezes o seu diâmetro inicial e de manter essa exposição no mínimo por uma hora. Um bom balão pode ser capaz de se expandir até atingir seis (06) vezes o seu diâmetro inicial. Uma vez cheio o balão deve apresentar forma esférica ou pelo menos circular quando em corte horizontal. Enchimento do Balão Para o enchimento do balão recomenda-se que esse procedimento ocorra no interior de um prédio especial (casa ou abrigo), de preferência afastada de edifícios. O local deve ser bem ventilado e não possuir nenhuma fonte de chama ou faísca; todos os interruptores elétricos devem ser lisos e livres de poeira. Como o enchimento deve ser feito lentamente, deve-se dispor de uma válvula de ajuste para regular o fluxo de gás. A quantidade desejada de enchimento

4 (ascensão livre) pode ser determinada pelo uso de um bocal de um peso apropriado ou pelo uso de um braço de balança no qual a força de ascensão do balão pode ser medida (pouco prático). Razão de Ascensão e Características dos Balões Fatores como a variação da densidade do ar e a possibilidade de escape do gás podem afetar razão de ascensão e causar variações apreciáveis em função da altitude. Ao se realizar uma sondagem através de condições de precipitações ou gelo pode ser necessário aumentar a força de ascensão livre até em torno de 75%, segundo a intensidade dos fenômenos em que tão. Habitualmente não se requer um conhecimento preciso da razão de ascensão. A altitude máxima depende principalmente da força ascensional livre e do tamanho do balão. Armazenamento do Balão É extremamente importante que os balões de radiossonda sejam corretamente armazenados, para que suas performances possam ser mantidas mesmo após meses de armazenamento. Aconselha-se manter um estoque mínimo de balões sempre que possível. Os balões devem ser usados sempre tendo em vista data de fabricação, a fim de se evitar a possibilidade de uso de balões estocados há muito tempo. Os balões devem ser guardados isentos da luz solar direta e, se possível, no escuro. Sob nenhum pretexto deve ser guardada perto de fonte calor. Todos os balões devem ser guardados em seus pacotes originais até serem desembrulhados para os preparativos de lançamento. Sempre que possível, os balões devem ser guardados à temperatura não superior a 50 C. Devese tomar cuidado para que não entrem em contato com óleo ou qualquer substância que possa penetrar no invólucro e danificá-los. Radiossonda As radiossondas (sensores e transmissor) são usadas principalmente para a medida de pressão, temperatura e umidade, frequentemente são usadas para determinação de ventos superiores a 30 km Também pode ser construída para medir outras propriedades da atmosfera. Tem sido recomendado também que os métodos de sondagem sejam desenvolvidos de forma que se torne possível a medição para níveis muito mais altos que os níveis de 16 a 20 km. Além da precisão, as principais características desejadas em um modelo de radiossonda são: a fidelidade, robustez, pouco peso e volume pequeno. Uma radiossonda é usada uma única vez em uma sondagem completa. Uma radiossonda deve ser capaz de transmitir um sinal perceptível a uma distância de pelo menos 200 km Como a voltagem de uma bateria varia tanto com o tempo como a temperatura, a radiossonda deve ser projetada para aceitar tais variações sem afetar as exigências de precisão. O equipamento de terra associado não deve ser excessivamente complicado nem exigir com freqüência manutenção altamente qualificada. Uma radiossonda geralmente compreende três partes principais: - elementos meteorológicos sensíveis, os quais respondem às variações das propriedades a serem medidas;

5 - dispositivo para medição à distância, permitido a conservação dos indicadores dos elementos uma forma elétrica capaz de serem transmitida; - transmissão. As estações do INMET utilizam um sistema via satélite, para transmissão dos dados coletados. O sistema é composto de um transmissor, antena e teclado para entrada de dados e controle. O programa SISSAT lê os arquivos gerados pelo programa METGRAPH e os envia ao INMET, através do satélite BRASILSAT da EMBRATEL.