Água na atmosfera. Capítulo 5 - Ahrens

Transcrição

1 Água na atmosfera Capítulo 5 - Ahrens

2 Propriedades da água Estados Físicos Única substântica natural que ocorre naturalmente nos três estados sobre a superfície da terra Capacidade Térmica Mais alta se comparada com sólidos e líquidos comuns Tensão superfícial Mais alta com relação a todos os líquidos comuns Calor Latente de Fusão Mais alto com relação a todas as substâncias comuns Compressibilidade Virtualmente incompressível como um líquido Densidade A densidade da água do mar é controlada pela temperatura, salinidade e pressão A fase líquida tem uma densidade máxima a +4 o C; a fase sólida tem uma densidade menor!

3 Propriedades da Água Propriedades Radiativas transparente às ondas curtas (visível) virtualmente opaca a muitos comprimentos de ondas longas grande possibilidade de variação do albedo água 10 % (média dária) gelo 30 a 40% neve 20 a 95% nuvem 30 a 90%

4 Energia associada às mudanças de fase Sublimação Deposição

5 Por que é necessária tanta energia para a água evaporar? No estado líquido, as moléculas adjacentes atraem-se umas às outras a carga - do O é atraída pela carga + do H esta é a ligação de hidrogênio Esta mesma ligação do hidrogênio contribui para a tensão superficial numa superfície de água livre

6 Sublimação Gelo evapora diretamente para vapor d água Considere 1 g de gelo a zero graus centígrados A energia requerida para mudar a fase de 1 g de gelo para vapor: Adicione 80 calorias para derreter o gelo Adicione 100 calorias para elevar da água a temperatura a 100 o C Adiocione 540 calorias para evaporar o líquido A energia total ADICIONADA para sublimação de 1 g de gelo: = 720 calorias

7 Deposição conversão de vapor diretamente para o gelo Considere 1 g de vapor d água a 100 o C Libere 540 calorias para condensar Libere 100 calorias para resfriar o líquido a 0 o C Libere 80 calories para congelar a água A energia total LIBERADA para deposição de 1 g de gelo = 720 calorias

8 Pressão de vapor da água Todas as moléculas de uma parcela de ar contribuem para a pressão Cada subconjunto de moléculas (e.g., N 2, O 2, H 2 O) exerce uma pressão parcial A Pressão de Vapor, e, é a pressão exercida pelas moléculas do vapor d água no ar similar à pressão atmosférica, mas devido somente às moléculas de vapor d água expressa freqüentemente em mbar (2-30 mbar é comum à superfície)

9 Saturação do Vapor d água As moléculas de água movem-se entre as fases de líquido e vapor Quando a taxa de transferência das moléculas que entram no líquido e das que saem do líquido é a mesma, tem-se o equilíbrio É dito que o ar está saturado com vapor d água neste ponto Equilíbrio não significa ausência de troca de moléculas

10 e S versus temperatura A pressão de vapor de saturação aumenta com a temperatura Para T maiores, as moléculas da água escapam mais rapidamente do líquido, fazendo com que a concentração de vapor d água no equilíbrio aumente Diz-se que ar quente contém mais água Existe tb pressão de vapor da água sobre uma superfície de gelo A pressão de vapor de saturação acima do gelo é menor do que sobre a água líquida

11 e S vs T A pressão de vapor de saturação depende da temperatura

12 Como é expressa a quantidade de vapor d água numa parcela? Umidade absoluta massa de vapor d água/volume de ar (g/m 3 ) muda quando uma parcela de ar muda de volume Umidade específica - q massa de vapor d água/massa de ar (g/kg) Razão de mistura - r massa de vapor d água/massa de ar seco (g/kg) A umididade específica e a razão de mistura permanecem constantes conforme vapor d água não é adicionado/removido para/da parcela de ar Temperatura de ponto de orvalho - T d

13 Expressando a pressão de vapor d água Umidade Relativa (UR) é a razão entre a pressão de vapor real e a pressão de vapor de saturação UR = 100 * e/e S intervalo: % (+) ar com UR > 100 % está supersaturado UR pode ser alterada pela Variação o conteúdo de vapor d água, e Variação na temperatura, que altera e S

14 Psicrômetro Mede o conteúdo de vapor d água do ar

15 Qual ambiente tem maior conteúdo de vapor d água?

16 Por que a costa SW dos EUA é quente e seca e a costa do Golfo é quente e úmida? Ambas são adjacentes a grandes corpos d água Ambas experimentam regularmente ventos na direção da costa Por que uma apresenta um clima desértico e a outra grande quantidade de umidade e chuva?

17 A temperatura da água do mar influencia a umidade do ar As temperaturas baixas da água encontradas tipicamente na costa oeste dos continentes são resultado da ressurgência que as correntes oceânicas geralmente causam nestas localidades.

18 O vapor d água é distribuído por toda a atmosfera Grandes quantidades são encontradas geralmente próximo à superfície, decrescendo com a altura Próximo à fonte - evaporação do solo, das plantas, dos lagos e oceanos O ar mais quente pode reter mais vapor d água do que o ar frio

19 média julho/ /julho/1989

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21 Fonte de Água para a Atmosfera O vapor d água está concentrado os trópicos Evaporação da superfície do mar depende de T, u e UR A maior fonte de água está na região subtropical.

22 O Ciclo Hidrológico terrestre

23 Distribuição de Água na Terra

24 ISCCP- Nebulosidade Total

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26 Água pura x Água salgada A maior parte da água sobre a terra encontra-se nos oceanos Somente 3% é pura e 3/4 desta é gelo A atmosfera contém suprimento para apenas ~ 1 semana de precipitação

27 O ar úmido é mais denso que o ar seco? peso atômico H = 1 (1 próton) N = 14 (7 prótons + 7 neutrons) O = 16 (8 p + 8 n) peso molecular O 2 = = 32 N 2 = = 28 composição da atmosfera 78% N 2 28 x 0,78 = 22 21% O 2 32 x 0,21 = 7 Peso molecular do ar seco 29 peso molecular do vapor d água = 18 Como densidade = massa/volume, o ar úmido é menos denso do que o ar seco Quanto menos denso, maior a facilidade para subir, condensar, formar gotículas e nuvens

28 Índice de Calor - IC UR e Temperatura T w : temperatura de bulbo úmido - alcançada pela evaporação da água no ar exemplo: T w baixa rápida evaporação e, portanto, resfriamento da superfície da pele T w < T ar ocorre evaporação T w > T ar não ocorre evaporação - raramente