CIRCULAÇÃO DE HADLEY

Transcrição

1 CIRCULAÇÃO DE HADLEY

2 Características Gerais 2 Células: Movimento ascendente próximo ao equador Escoamento para os polos em aproximadamente km Movimento descendente sobre os subtrópicos Escoamento para o equador próxima à superfície Fortemente ligada a: Ventos alísios ZCIT Desertos subtropicais Correntes de Jato subtropicais

3 BREVE HISTÓRIA EDMOND HALLEY ( ): o aquecimento solar próximo ao equador gerava movimento ascendente, que era reposto pelo afluxo de massas de ar das latitudes adjacentes e que a componente de leste dos alísios surgia do aquecimento diferencial da atmosfera ao longo do dia. GEORGE HADLEY ( ): a rotação da Terra tem um papel importante na direção das massas de ar se movendo em relação à superfície WILLIAN FERREL ( ): o momento angular é conservado, ao invés do momento linear

4 ESTRUTURA MÉDIA ZONAL (1979: anos) JST

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8 ψ Célula de Hadley Célula de Ferrel Hadley Cell [ ] v = g 2πa cosφ p ψ [ ] ω = 2 π a 2 g cos φ ψ φ

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10 EQUINÓCIOS SOLSTÍCIOS

11 Célula de Hadley como uma máquina térmica Conversão de energia térmica em energia mecânica (movimento) Próximo à superfície o ar flue para o equador (AB) Ganha calor da superfície (calor sensível e latente) Próximo ao equador sobe quase adiabaticamente (BC) Então se move para os polos se esfriando por perda de radiação IV para e espaço, descendo nos subtrópicos (CA) Durante o processo mais calor é adicionado (AB) do que perdido (CA) e o excesso de calor é convertido em energia mecânica (parte dissipada pelo atrito) associada à circulação tropical

12 O Modelo de Held-Hou* (1980) para a Circulação de Hadley Usa a conservação do momento angular e a relação do vento térmico Para prever a extensão latitudinal e a intensidade da Circulação de Hadley * Held I. M., A. Y. Hou, 1980: Nonlinear Axially Symmetric Circulations in a Nearly Inviscid Atmosphere. J. Atmos. Sci., 37,

13 Hipóteses do modelo: Escoamento zonalmente simétrico em duas camadas Simetria em relação ao equador escoamento linear e estacionário balanço hidrostático representação simplificada do aquecimento solar equilíbrio radiativo

14 O modelo tem duas camadas na esfera com escoamento (quase zero) para o equador na superfície e escoamento de retorno para os polos na altura H

15 Conservação do Momento Angular Absoluto em uma esfera

16 Equilíbrio Radiativo A estrutura térmica da atmosfera é caracterizada pela temperatura potencial do nível médio, θ. Os processos radiativos são representados usando um esfriamento Newtoniano com escala temporal τ E dado por Onde:

17 Aproximação (quase) equatorial

18 Balanço do Vento Térmico Se assume que ϴ(=ϴ M )e u (=U M )estão em balanço de vento térmico

19 Solução da equação do balanço do vento térmico O índice M significa que ϴfoi deduzido usando a conservação do momento angular Temperatura no equador

20 Plotando a temperatura (ϴ M )e a temperatura de equilíbrio (ϴ E )

21 Restrições em ϴ M ESTADO ESTACIONÁRIO: não há aquecimento líquido de uma parcela de ar quando ela completa um circuito na célula de Hadley

22 Áreas iguais

23 Solução para ϴ M0 e Y

24 Fazendo: ϴ 0 = 255 K, Δϴ= 40 K e H= 12 Km Resulta: Y Km e (ϴ M0 -ϴ E0 ) 0.9 K Km

25 Variação meridional de U M Para y Y Para y >Y assume-se que U M está em balanço de vento térmico com ϴ E (y)

26 Vento Zonal

27 Intensidade da circulação de Hadley (w) Como, por simetria, v = 0 no equador Assumindo a frequência de Brunt-Vaisala N constante: Fazendo: τ E = 15 dias, N = 0,01 s -1 Resulta: w equador 0.27 mm s -1

28 Intensidade da circulação de Hadley (v)

29 Resumo Observações mostram que a intensidade do escoamento meridional é ~ 1 m s 1. Embora o modelo de Held-Houforneça uma razoável estimativa da geometria da célula de Hadley, ele dá uma fraca estimativa da intensidade da circulação O MHH prevê que o tamanho da CH é inversamente proporcional à taxa de rotação do planeta (confirmado em modelos mais realistas) Em baixas rotações as CH se estendem até os polos e são responsáveis pela maior parte do transporte de calor do equador para os polos Em altas rotações as CH são confinadas próximas ao equador e as ondas baroclínicas em latitudes mais altas são responsáveis por parte significativa do transporte de calor

30 Resumo Um modelo melhor pode ser feito relaxando a hipótese de simetria em relação ao Equador Embora o aquecimento solar médio anual seja simétrico em relação ao equador, o aquecimento em um dado instante (for a dos equinócios) não Então a resposta não é necessariamente simétrica em relação ao equador Lindzene Hou(1988) estenderam o trabalho de HH permitindo essa assimetria e mantendo as outra hipóteses constantes

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33 (a)extensão para o polo da circulação de verão e inverno e da latitude que divide as linha de corrente (b)fluxo de massa carregado pelas células de inverno e verão

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