Física e Química da Atmosfera

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1 Física e Química da Atmosfera Bloco de Química da Atmosfera Exame de 11 de Julho de 2005 I (5 val.) a) Indique a composição química da atmosfera, incluindo os constituintes minoritários mais importantes (1 val.) b) omo variam a composição química, a pressão e a temperatura com a altitude? (2 val.) c) alcule a massa total da atmosfera (1 val.) d) Quais são os principais gases de efeito de estufa? omo tem evoluído a sua composição? (1 val.) II ( 3 val.) a) Se num certo local de Lisboa se atingir uma concentração de ozono de 150 µg/m 3, terá sido ultrapassado o limiar de informação à população (90 ppbv)? (1 val.) b) Discuta a fotoquímica do ozono estratosférico. (1 val.) c) O azoto molecular atmosférico é o principal responsável pela cor azul do céu. Explique. (1 val.) N.B. Justifique todas as respostas.

2 FÍSIA E QUÍMIA DA ATMOSFERA (2004/2005) Exame: 11 de Julho de 2005 I (4.8 val. 0.3 val/questão) Atribua a cada uma das afirmações seguintes, sem justificar, uma das classificações Verdadeiro (V), Falso (F). 1. O vento de temperatura de uma camada é a diferença entre os vectores vento geostrófico no topo e na base da camada. 2. Na larga escala, o movimento vertical é fundamentalmente determinado pela divergência horizontal, de tal modo que a convergência junto ao solo implica velocidade vertical isobárica negativa. 3. Se a espessura da camada 1000/500 hpa é de 5400 m em Lisboa e de 5250 m em Santarém então a temperatura do ar é mais elevada em Santarém. 4. Numa atmosfera barotrópica uma superfície isobárica é também isopícnica. 5. Uma depressão quente, como a que se forma sobre a Península Ibérica no Verão, é uma depressão que se estende até à tropopausa. 6. A baroclinicidade implica circulação e portanto movimento. 7. Precipitação sob a forma de chuva ou neve pode cair de altocúmulos. 8. A componente ageostrófica do movimento determina a aceleração horizontal. 9. Na larga-escala, o movimento vertical é subsidente num centro de altas pressões. 10. Nas latitudes médias, movimentos de larga escala são aqueles em que a força centrífuga, associada à rotação da terra, desempenha um papel fundamental. 11. Nas latitudes médias, na larga escala, a força de oriolis por unidade de massa é da ordem de 10 N/kg ao nível médio do mar. 12. Numa ascensão pseudoadiabática a temperatura potencial da partícula aumenta com a altitude. 13. Se, num centro de altas ou baixas pressões, a força de oriolis e a força centrífuga se opõem, o movimento diz-se anticiclónico. 14. O equilíbrio hidrostático implica que numa atmosfera barotrópica a espessura de camadas limitadas por superfícies isobáricas não varia de ponto para ponto. 1

3 15. Valores positivos da advecção de temperatura implicam advecção de ar quente e, consequentemente, subida de temperatura. 16. Numa atmosfera em equilíbrio hidrostático, o nível de convecção livre é o nível a partir do qual a força de impulsão é exactamente compensada pelo peso da partícula. II (2.4 val.; 0.6 val./questão) Responda às questões justificando as respostas: a) Explique por que razão o anticiclone da Sibéria, que se forma no Inverno, é um sistema que se encontra sob uma depressão ou um vale depressionário. p b) Discuta as soluções da equação do vento do gradiente no caso R < 0, > 0, no hemisfério n norte. Indique qual o equilíbrio de forças e classifique a circulação. c) Explique o que se deve entender por nível de condensação por ascensão. d) Explique por que razão a potência da força do gradiente de pressão é nula se o movimento for geostrófico. III (1.8 val.; 0.9 val./questão) 1. Num dado local, à latitude de 40ºN, a intensidade do vento do gradiente, num ponto de um sistema depressionário é de 13 m/s. No mesmo ponto, a intensidade do vento geostrófico é de 16 m/s. alcule a distância do ponto considerado ao centro da depressão. 2. Num ponto sob a influência de uma depressão no hemisfério norte, o vento sopra de SW com a intensidade de 10 m/s. Determine a intensidade, direcção e sentido da força de oriolis nesse ponto. 2

4 IV (3 val.) Responder a este grupo numa folha SEPARADA e IDENTIFIADA onsidere um sistema montanhoso, com 2 km de altura. No ponto A, a temperatura é de 10º e a temperatura de orvalho é de 4º. onsidere que existe condensação completa e que a água do ar é removida por precipitação (processos pseudo-adiabáticos). 800 mbar B 1825 m 910 mbar 771 m 1000 mbar A T = 10º T dew = 4º 0 m a) om o tefigrama, calcule a temperatura e humidade relativa dos pontos A, B e. (0.75 val.) b) om o tefigrama, calcule a temperatura potencial equivalente dos pontos A e B e a temperatura potencial dos pontos B e (0.75 val.) c) onfirme os resultados das duas alíneas anteriores com cálculos (1.5 val.) Justifique todas as respostas. onstantes: R = JK M ar sec o γ = 1.4 l = 2500 Jg v mol = gmol c ( ar seco) = 1005 Jkg p K 3

5 Resolução: a) A: HR = 5 / 7.8 * 100 = 64.1% NA: P=910 mbar, T = 2.5º B: T = -4º, Tdew = -4º e HR = 100% : T = 14.1º, Tdew = -0.5º, HR = 3.6 / 10.1 * 100 = 35.6% 700 mbar T B = 0º 1000 mbar w = 4 /k T A = 15º T = 30º w s = 25 b) Temperatura potencial equivalente A,B = 22.5º Temperatura potencial B, = 14.1º c) T TNA = TA + z = * = 2.44º z DALR T TB = TNA + z = *( ) = 2.83º z SALR TB_dew = TB = -2.83º T T = TB z = *1.825 = 15.05º z DALR A descida é efectuada por um processo adiabático seco, onde a razão de mistura se mantém constante: 4

6 mv ev /( RT v ) erd e ω = = = = ε m PV /( R T) P R P e d d d d v ω( T ) = ω ( T ) = ω( T ) e ( T ) = e( T ) B s B s B 5417 e( T ) = es ( TB ) = 6.11exp = 4.9 mbar es ( T ) = 6.11exp = mbar HR = 4.9 /17.02*100 = 28.8% θ = P 1000 R a / p T P NA 1 γ γ θ NA = T = ( ) = K = 9.96º es ωs = ε P es lvωs ( T θ e = θ NA exp TNAc NA pmass ) 2500* = *exp ( ) *1005 5