Física e Química da Atmosfera Bloco de Química da Atmosfera Exame de 27 de Junho de 2005 1. alcule a temperatura efectiva da Terra. Explique, em pormenor, por que razão a temperatura média à superfície é consideravelmente superior a esse valor. (2 val.) Dados: F S =1.37 kw m -2, A=0.31, σ=5.67 10-8 W m -2 K -4. 2. onsidere o oxigénio e ozono atmosféricos. a) Esboce o perfil vertical de concentração do ozono, justificando a sua forma. (1 val.) b) Defina ozono total (ou integrado). Qual a importância desta grandeza? omo varia com a latitude? (1 val.) c) Para o ozono, o limiar de informação à população, atingido pontualmente em Lisboa, é de 180 µg/m 3. Quais são os valores correspondentes em ppbv e em mol dm -3? (1 val.) d) Indique os mecanismos de formação e consumo do ozono na troposfera e na estratosfera. (2 val.) e) Explique a fotodissociação do oxigénio molecular através de um diagrama de curvas de energia potencial. (1 val.) N.B. Justifique todas as respostas. 1
Física e Química da Atmosfera Bloco de FÍsica da Atmosfera Exame de 27 de Junho de 2005 I (4.8 val.; 0.5 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 sopra perpendicularmente às linhas de espessura, na direcção dos valores mais baixos da espessura. 2. Na larga escala, o movimento vertical é fundamentalmente determinado pela divergência horizontal. 3. Se a espessura da camada 1000/500 hpa é de 5400 m em Lisboa e de 5250 m em Santarém então o ar da camada é mais frio em Lisboa. 4. Numa atmosfera barotrópica o gradiente horizontal de temperatura sobre uma superfície isobárica é nulo. 5. Uma baixa fria enfraquece em altitude. 6. O aquecimento diferencial provoca baroclinicidade. 7. Aguaceiros podem cair de cirrocúmulos ou de cirros. 8. Se a aceleração for nula, então a componente ageostrófica do movimento é também nula. 9. Na larga-escala, o movimento vertical é subsidente quando a velocidade vertical isobárica é negativa e vice-versa. 10. Nas latitudes médias, movimentos de larga-escala são aqueles em que a rotação da terra desempenha um papel fundamental. 11. Nas latitudes médias, na larga escala, a força do gradiente de pressão por unidade de massa é da ordem de 10 hpa/1000 km ao nível médio do mar. 12. Se, num centro de altas ou baixas pressões, a força de oriolis e a força do gradiente de pressão se opõem, o movimento diz-se antibárico. 13. Se a temperatura potencial aumenta com a altitude, a atmosfera é estável. 14. O equilíbrio hidrostático implica uma relação bem definida entre o campo da temperatura e os campos de espessura de camadas limitadas por superfícies isobáricas. 2
15. Advecção de ar frio nos níveis inferiores da troposfera e advecção de ar quente nos níveis superiores são processos que desestabilizam a atmosfera. 16. Numa atmosfera condicionalmente instável, a instabilidade só se manifesta depois de a partícula em ascensão atingir a saturação. II (2.4 val.; 0.6 val./questão) Responda às questões justificando as respostas: a) Explique por que razão a alta dos Açores é um sistema profundo na troposfera. p b) Discuta as soluções da equação do vento do gradiente no caso R < 0, > 0, no n hemisfério sul. Indique qual o equilíbrio de forças e classifique a circulação. c) Explique o que se deve entender por vento do gradiente e indique claramente as diferenças relativamente ao vento geostrófico. d) Explique o que é a componente ageostrófica do movimento e qual a sua importância. 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 situado à distância de 500 km do centro, é de 13 m/s. alcule, no mesmo ponto, a intensidade do vento geostrófico. 2. No bordo oeste de uma depressão no hemisfério norte, o vento sopra de norte com a intensidade de 10 m/s, num ponto situado a 250 km do centro da depressão. Determine a intensidade, direcção e sentido da força centrífuga nesse ponto. 3
IV (3 val.) Responder a este grupo numa folha SEPARADA e IDENTIFIADA 1. Explique porque é que o gradiente de temperatura adiabático seco é maior que o gradiente de temperatura do adiabático saturado? Quais as propriedades que se conservam nesses dois processos? (0.5 val.) dt dz dt dz DALR SALR g = g = pmass pmass = 9.8 K / km 1 pmass d( ωsl dz v ) = 5 K / km O DALR é maior que o SALR porque no SALR há libertaçao de calor pela condensação de vapor de água. No DALR conserva-se a temperatura potencial, que é a temperatura que uma particula teria se fosse levada por um processo adiabatico e quase-estático até aos 1000mbar: θ = P R a / p T 1 c p 1005 Jkg K P γ omo γ = 1+ = = = 1. 4, vem que θ = T N c / N c 718 Jkg K i i v No SALR conserva-se a temperatura potencial equivalente, que é a temperatura potencial que uma particula saturada teria se todo o seu vapor de água condensasse e o calor latente libertado fosse utilizado para aquecer a particula, num processo isobárico. No tefigrama, é o mesmo que levar a particula, primeiro à saturação e depois a pressões muito baixas de modo que todo o seu vapor de água condense.depois trazer a particula por um processo adiabático seco até ao seu nível inicial de pressão, e no caso da T potencial, aos 1000mbar: θ = θ e NA l vωs ( TNA ) exp TNAc pmass 1 γ 4
2. onsidere a radiosondagem para o dia 25 de Junho de 2005. Altitude (m) P (mbar) T (º) Tdew (º) 0 1000 21 14 500 940 15 10 1000 890 12 8 1500 840 8 5 2000 790 10-11 3000 700 5-28 4000 620 0-15 a. Determine a pressão, temperatura e altitude do nível de ondensação por Ascensão (NA) de uma partícula que ascende a partir do nível de maior Humidade Relativa. (1 val.) Nível de maior Humidade Relativa: menor diferença T-Tdew = 840mbar NA a partir dos 840 mbar: P = 800mbar, T = 4º, dp P2 800 8.314 8 + 4 dz = ρg = Pg / RaT z2 = Ln RaT / g + z = ln 273 + / 9.8 + 1500 = 1899m P 1 840 0.2896 2 / 1 b. Determine a Humidade Relativa, a Temperatura Potencial, Temperatura Potencial Equivalente, Temperatura Potencial Equivalente de Saturação, ao nível de pressão com maior Humidade Relativa. (1 val.) ω( T ) ωs ( Tdew ) 6.5 HR = = = = 0.8125 ω ( T ) ω ( T ) 8 s s 5
P θ = R a / p 0.28 840 T = (273 + 8) = 295.06 K = 22.06º 0.28 l T Jgvapor gvaporkg ar v s ( NA) 800 2501 6.5 e NA exp ω θ = θ = (273 + 4).exp = 312.59 K = 39.59º 1 1 TNAc pmass 1005 Jkgar K (273 + 4) Pelo tefigrama: θ = 22º θ = 40 e º c. Determine a pressão no nível de onvecção Livre (NL) de uma particula de ar que ascende a partir do nível considerado na alínea anterior, se tal for aplicável. Justifique. (0.5 val.) A partir dos 840mbar, não existe nível de onvecção Livre, porque a Tparticula é sempre inferior à Tatm. 6