TEMA 6 CIRCULAÇÃO GERAL DA ATMOSFERA Como já foi visto no estudo dos movimentos atmosféricos, a distribuição dos ventos na superfície deve ser aproximadamente as das Figuras da página seguinte. Os ventos convergem para os centros de baixa pressão e divergem dos centros de alta pressão. A circulação acima deve se complementar, com ar descendente sobre sobre os centros de alta pressão e ascendentes sobre os centros de baixa pressão. A aparência real da distribuição é vista nas duas Figuras seguintes e a complexidade é devida às diferenças de absorção entre Terra e Mar e a sua distribuição, e ainda à marcha das estações do ano. As regiões da Figura ideal anterior, podem ser reconhecidas nessas duas Figuras, porém deslocadas e descontínuas. 6.1 Regiões da Circulação Geral da Atmosfera 6.1.1 Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) É uma zona de calmarias equatoriais, uma faixa de baixas pressões, consequência do aquecimento maior nessa região devido à insolação. O fluxo é relativamente intenso na vertical, dando origem à formação de intensa nebulosidade e precipitação. A ZCIT varia de posição acompanhando a declinação do sol mas usualmente permanecendo mais tempo no hemisfério norte devido à desigual distribuição de terras. 6.1.2 Faixa de Calmarias Subtropicais ou Latitudes dos Cavalos São regiões de alta pressão e portanto de subsidência ou ar descendente, em ambos os hemisférios, em torno de 30 0 de latitude. São as regiões onde se encontram os desertos da Terra, onde a nebulosidade é muito pequena. No inverno a alta pressão é bastante intensificada sobre a Terra, particularmente na Alta da Sibéria, devido ao arrefecimento intenso dessa região. No verão as altas pressões se deslocam em direcção ao mar, que então estão mais frios que os continentes. 6.1.3 Faixa de Calmarias subpolars A cerca de 60 0 de latitude se situam essas faixas de baixa pressão subpolares. É a região onde se formam os ciclones das latitudes médias. Cláudio Paulo & Gilberto Mahumane Página 1
6.1.4 Altas Polares Os polos são regiões de ar descendente e portanto áreas de alta pressão onde a precipitação é muito pequena. 6.2 Sistemas Planetários de Ventos Os ventos de superfície obedecem às relações impostas pela distribuição de pressões e pela força de Coriolis. 6.2.1 Ventos Alíseos São ventos tropicais de leste, que sopram das altas subtropicais em direcção á ZCIT. Esses ventos são mais desenvolvidos sobre os oceanos Atlântico e Pacífico em ambos os hemisférios. A deflexão é devida á força de Coriolis. Como a ZCIT no verão fica basatante deslocada para o Equador e, no seu novo percurso em direcção ao pólo norte, sofre um desvio de gancho, principalmente no Oceano Índico. 6.2.2 Ventos Predominantes de Oeste Esses ventos que se originam dos centros de alta pressão subtropicais e se dirigem para os pólos, são defletidos para o leste pela força de coriolis. No hemisfério sul é mais uniforme, devido á ausência de continentes numa larga faixa, com um gradiente de pressão também uniforme em direcção ao continente Antártico. São ventos fortes e contínuos, da ordem de 8 a 15 m/s. 6.2.3 Ventos Polares de Leste Sopram das altas polares em direcção às calmarias subpolares, defletidos pela força de Coriolis para o Oeste. 6.2.4 Monções São ventos que têm o seu sentido invertido com a mudança das estações. Essas mudanças são devidas à variação de precessão provocada pelo aquecimento diferencial entre a Terra e Mar, numa escala maior do que, por exemplo, no caso da brisa marítima e terrestre. O caso mais famoso é o das monções da Índia. Durante o Inverno os ventos sopram de nordeste, originários da alta pressão sobre a Asia. No Verão, forma-se um centro de baixa pressão sobre a Asia e o vento sopra de sudoeste, vindo do hemsifério sul e sofrendo a curvatura devido á força de Coriolis. As monções de verão são muito Cláudio Paulo & Gilberto Mahumane Página 2
importantes para a agricultura na Índia, pois os ventos trazem para a Terra a humidade colhida no Oceano Índico. Outro caso de monções ocorre na costa oeste da Africa, no hemisfério norte. 6.2.5 Ventos da Alta Troposfera Na alta troposfera os ventos predominantes são de oeste, exceto numa faixa até 15º ou 20º de latitude em torno do Equador, com fracos ventos de leste. Note-se que próximo ao Equador os gradientes horizontais de temperatura são pequenos, e portannto o vento térmico também é pequeno. Cláudio Paulo & Gilberto Mahumane Página 3
Figura 6.1: Representação Esquemática da Circulação Geral da Atmosfera. A seta dupla indica a componente Este do Vento. Figura 6.2: Representação Esquemática da Circulação Geral da Atmosfera. Cláudio Paulo & Gilberto Mahumane Página 4
Figura 6.3: Circulação Geral da Atmosfera: Pressão média e Ventos em Janeiro. Figura 6.4: Circulação Geral da Atmosfera: Pressão média e Ventos em Julho. Cláudio Paulo & Gilberto Mahumane Página 5
6.2.6 Correntes de Jato da Frente Polar Na região das frentes e quentes, que ocorrem na frente polar, o gradiente horizontal da temperatura é muito intenso e dá origem a ventos fortes no nível de 200 hpa, aproximadamente. Eles atingem 50 m/s em média e até 100 m/s em casos isolados. Esses ventos fortes são chamados as correntes de jacto da frente polar e acompanham a localização média das frentes abaixo delas. A Figura seguinte mostra o corte vertical das temperaturas da troposfera no inverno no hemisfério norte, onde se vê que o gradiente horizontal de temperatura é máximo entre 30 0 e 40 0, justamente onde se encontra o eixo da corrente de jacto que pode ser vista na Figura da página seguinte. Figura 6.5: Tropospheric mean winter meridional temperature distribution. Além dessas, existem ainda as correntes de jacto subtropicais, que são causadas pela conservação do momento angular do ar proveniente das regiões equatoriais, cuja componente oeste-leste aumenta à medida que diminui a distância da parcela ao eixo de rotação da terra, no seu caminho em direcção aos polos. 6.3 Ondas de Rossby Como se vê na Figura que representa a corrente de jacto polar, o eixo do jacto ondula em torno do hemisfério, não só em intensidade, como também em latitude. Rossby mostrou teoricamente que essa ondulação é devida à variação da intensidade da força de Coriolis coma latitude e que ela se propaga para leste ou oeste, dependendo do comprimento de onda. As frentes e os centros de pressão associados a elas têm uma relação directa com essas ondas da alta troposfera. Os movimentos abaixo são guiados pelas ondas de Rossby e, por essa razão, a previsão de tempo na superfície depende da observação da alta troposfera, que é feite através das radiosondas. Cláudio Paulo & Gilberto Mahumane Página 6
Figura 6.6: Esquerda: A Corrente de Jato no Globo Terrestre. Direita: The jet stream in winter. Arrows designate axis or core. Cláudio Paulo & Gilberto Mahumane Página 7
6.4 Massas de Ar Já foi visto anteriormente, que uma frente separa duas massas de ar diferentes. Uma massa de ar é um volume extenso de ar, homogêneo horizontalmente. Sua uniformidade é principalmente relacionada à temperatuta e ao conteúdo de humidade. Massas de ar podem se extender por milhares de quilómetros quadrados e alguns quilómetros de profundidade. Sua presença é mostrada por observações meteorológicas, particularmente de temperatura e humidade. 6.4.1 Origem e Tipos de massas de Ar As massas de ar adquirem as suas propriedades originais das superfícies sobre as quais elas se formam. Essas massas não se formam rapidamente, o ar deve permanecer parado ou circular durante algum tempo sobre a região para gradualmente adquirir suas características. As regiões onde elas se formam com mais frequência são as regiões fontes. Por exemplo, a região norte do Canadá e o continente Antárctico e os centros de alta pressão sobre os oceanos. As massas de ar tendem a ser limitadas pela faixa dos ventos de Oeste, nas latitudes médias. Massas formadas próximo dos polos são chamadas massa polares e são frias e secas. As formadas mais próximo do Equador são chamadas massas tropicais e são quentes e húmidas. A Tabela abaixo sumariza os diferentes tipos de massas de ar dependendo de sua origem e suas fontes geográficas. Elas também podem ser vistas nas Figuras 6.7 e 6.8 da página seguinte. Cláudio Paulo & Gilberto Mahumane Página 8
Tabela 1: Tipos de massas de ar dependendo de sua origem e suas fontes geográficas. Massa Origem Propriedades Símbolo Àrctica Regiões Baixas temperaturas, baixa humidade específica A polares mas alta humidade relativa. A mais fria das Polar Continental Polar marítima Tropical Continental Tropical Marítima Equatorial Àreas Continentais subpolares Sub-polar Àrctica Altas pressões subtropicais em terra Bordas do lado do Equador das altas subtropicais Mares tropicais e equatoriais massas de inverno. Baixas temperaturas, aumentando quando se move para o Equador, baixa humidade, permanecendo constante após a formação. Baixas temperaturas, aumentando com o movimento, humidade mais alta. Alta temperatura, baixa humidade. Temperaturas moderadamente altas, alta humidade específica e relativa. Altas temperaturas e humidade. cp mp ct mt E Cláudio Paulo & Gilberto Mahumane Página 9
Figura 6.7: Generalized pattern of primary air masses and fronts superimposed on a pattern of prevalling winds, January-February. Figura 6.8: Generalized pattern of primary air masses and fronts superimposed on a pattern of prevalling winds, July-August. Cláudio Paulo & Gilberto Mahumane Página 10
6.4.2 Movimento das Massas de Ar Os mesmos factores que mantêm as massas de ar paradas para adquirirem suas características da superfície abaixo, também fazem as massas se movimentarem. Esses factores são determinados pela circulação geral da atmosfera. No caso do ar polar, ao mesmo tempo que línguas de ar frio avançam além dos seus limites em direcção ao Equador, também o ar quente tropical penetra nas áreas de ar frio. Naturalmente, áreas completamente dentro das regiões fontes experimentam um tempo mais ou menos uniforme, mas áreas fora dessas regiões, nas latitudes médias, que são as latitudes dos ventos de oeste, sofrem mudanças continuamente, resultantes da passagem de frentes frias e quentes. Devido ao seu movimento, massas de ar sofrem modificações, dependendo do tipo em condições da superfície e da velocidade com que ela se move. Assim, uma massa de ar polar continental ( cp ) pode se transformar em ar marítimo polar ( mp ) após um lento percurso sobre o mar. 6.4.3 Propriedades das Massas de Ar As condições dentro de uma massa de ar dependem fortemente da temperatura da superfície sobre a qual ela está passando. Se a massa está atravessando uma superfície fria ela é usualmente denominada uma massa de ar quente, e se acrescenta a letra w (de warm ) ao nome. Por exemplo: mpw. Se, pelo contrário, a superfície é mais quente tem-se uma massa de ar fria e o sufixo a acrescentar é k (de cold ). Massas de ar quentes são geralmente de origem tropical, mas podem ser ar marinho quente se movendo sobre a terra mais fria, ou ar continental quente se movendo sobre oceano mais frio. Note-se que uma superfície mais fria torna a atmosfera mais estável, oque faz com que as nuvens que porventura existam tenham pouca profundidade e a precipitação seja leve. Também será mais comum a neblina devido ao resfriamento radiactivo da superfície. Massas de ar frias são massas de ar polar que se movem para latitudes menores ou ar marinho frio se movendo sobre a Terra mais quente, ou ainda ar continental relativamente frio se movendo sobre superfícies mais quentes. Devido à maior instabilidade resulta convecção e turbulência, formação de nuvens cumuliformes e, se houver precipitação esta será forte. Cláudio Paulo & Gilberto Mahumane Página 11
Existem certas características de uma massa de ar que podem servir para identificá-las e as duas mais importantes são a temperatura potencial ( ) e o ponto de orvalho ( T d ). 7. Frentes Quando se passa da região quente para o outro lado da frente, na região fria, há uma variação brusca das propriedades da atmosfera, como já foi visto. As variações mais marcantes são da temperatura, da humidade e da variação dos ventos. Isso leva ao conceito de descontinuidade. O termo frente é sinónimo de linha de descontinuidade. Na verdade, a separação entre as massas de ar é uma superfície frontal e a frente na superfície é a intersecção dessa superfície frontal com a superfície da Terra. Para ser mais específico, a superfície frontal é uma zona frontal, com uma espessura variável, que dificilmente pode ser avaliada numa carta meteorológica, uma vez que elas são traçadas a partir de dados obtidos em estações muito separadas umas das outras. Cláudio Paulo & Gilberto Mahumane Página 12