INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFÍSICA E CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS ORVALHO E NEVOEIRO Veronika Sassen Brand 9747660 São Paulo 2017
Introdução A existência de água na atmosfera e suas mudanças de fase desempenham papel importante em vários processos físicos naturais, como evaporação, evapotranspiração, degelo, precipitação, entre outros, influenciando diretamente o transporte e distribuição de calor na atmosfera. A condensação do vapor d água ocorre com a liberação de energia na atmosfera e o contrário acontece na evaporação, por exemplo. Além disso, a água presente na atmosfera também atua como condicionante de ocorrência e controle de pragas/moléstias vegetais e animais, influencia no conforto térmico/sensação térmica, demanda evaporativa e consumo hídrico das plantas e com a ocorrência de incêndios (Martins, notas de aula). Em nossa atmosfera, a concentração de vapor de água é normalmente inferior ou igual a 4%. Quando a quantidade de vapor d água na atmosfera atinge a saturação, ele começa a se condensar. Existem diversas formas de condensação, incluindo o orvalho e nevoeiro. Nesse trabalho, vamos definir esses dois termos, descrever algumas características e condições de formação e apresentar técnicas de identificação desses fenômenos em dados meteorológicos disponíveis. Orvalho Definição Orvalho é a condensação em forma de pequenas gotículas de água, que se acumula sobre a superfície de objetos próximos ao solo. Isso ocorre quando a temperatura do ar atinge o ponto de condensação, em outras palavras, quando ela atinge a temperatura de ponto de orvalho, que deve estar acima de 0 C (Word Meteorological Organization, 1966 / Glossário do CPTEC). O ponto de orvalho é a temperatura até a qual o ar deve ser resfriado, com pressão constante, para atingir a saturação, assim, de certa forma ele dá a medida do conteúdo de vapor d água no ar, que quanto mais alto, maior a concentração de vapor d água que o ar pode reter. Quando a temperatura do ar cai até o ponto de congelamento da água (0 C) ou esfria ainda mais, o vapor d água pode mudar de fase diretamente para gelo sem passar pelo estado líquido - um processo chamado de deposição. Esse processo é chama então de geada, no qual ocorre o depósito de gelo cristalino, em forma de agulhas, prismas, escamas, dentre outros, resultante da sublimação do vapor d'água do ar adjacente, sobre a superfície do solo, das plantas e dos objetos expostos ao ar (Glossário do INMET). Características Podem-se destacar dois principais mecanismos formadores de orvalho/geada: Advecção: provocada pela ocorrência de ventos fortes e constantes advindos da região polar carregando uma intensa massa de ar frio; Radiação: ocorre quando há um intenso resfriamento da superfície por perda de radiação de onda longa durante noites de céu limpo, sem vento ou com ventos fracos e sob efeito de um anticiclone estacionário que, em geral, está associado ao período pósfrontal. E a combinação dos dois mecanismos acima citados.
À medida que o resfriamento da superfície acontece, sendo ele tanto por advecção ou radiação, a temperatura do ar se aproxima a temperatura de orvalho/temperatura de congelamento e o vapor de água no ar começa a se condensar/sublimar em objetos como orvalho ou a se depositar como geada. Este processo seca os níveis mais baixos da atmosfera, enquanto que a fraca difusão turbulenta continua a transportar o ar úmido para a superfície. O resfriamento contínuo nesta camada faz com que ele se torne cada vez mais estável e resistente aos efeitos da mistura turbulenta fraca perto da superfície. Quando a turbulência próxima da superfície para completamente, com ela, também cessa a formação de orvalho ou geada na superfície (The COMET Program: METed). Geadas podem ser diferenciadas em dois tipos quanto a seu aspecto visual: Geada branca: ocorre quando há a deposição do vapor d água sobre as plantas. Está diretamente associado ao intenso resfriamento noturno e alta umidade relativa do ar; Geada negra: associada à intensa perda radiativa ao longo da noite e baixa umidade relativa do ar. A baixa de quantidade de vapor próximo a superfície faz com que haja um resfriamento ainda maior. Em geral, esse tipo de geada é mais severo pois causa o congelamento de estruturas internas da planta. Identificação A identificação do orvalho em cartas sinóticas de superfície é possível quando a temperatura do ar está próxima a temperatura de ponto de orvalho (TD). Nas situações em que se tem pouca cobertura de nuvens e velocidade do vento baixa, a probabilidade de ocorrência de orvalho é maior. Para identificação de geada em cartas sinóticas de superfície, além da temperatura do ar estar próxima a temperatura de orvalho, a temperatura do ar deve ser igual ou inferior a 4 C. A temperatura na estação meteorológica é medida a cerca de 1,5 m da superfície, então, na relva a temperatura é cerca de 2 C/m menor. Na Figura 1, esquerda, pode-se observar os dados do METAR para a região sul do Brasil no dia 21/06/2017 as 12Z (9:00 no horário local). Observa-se algumas regiões circuladas de vermelho, que indicam probabilidade de ocorrência de orvalho e em azul de geada. Na mesma figura a direita, observa-se a previsão de geada para o mesmo dia pelo CPTEC. Na análise da carta sinótica de superfície das 12Z do dia 21/06/2017 (Figura 2), observa-se a presença de cavados próximos a costa do Nordeste e do Sudeste. Segundo a análise sinótica do CPTEC, uma alta pressão pós-frontal, associada a uma frente fria afastada do continente e fora do domínio da imagem, encontra-se com valor de 1028 hpa e a Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS) atua com núcleo de 1028 hpa à leste de 25 W, fora do domínio da imagem. Assim, o sul do país está sob influência de uma alta pressão, indicando ventos mais brandos, subsidência e bom tempo, condições favoráveis para a ocorrência de orvalho/geada.
Figura 1 Esquerda: Carta sinótica de superfície do METAR com dados de vento, temperatura do ar e temperatura de orvalho (modificada). As áreas destacadas em vermelho são regiões com possível formação de orvalho e em azul, de geada. Fonte: MASTER. Direita: Previsão de geadas para a madrugada do dia 21/06/2017. Fonte: CPTEC/INPE Figura 2 - Carta sinótica de superfície 21/06/17-12Z. Fonte: CPTEC/INPE
Na Figura 3Figura 1, esquerda, pode-se observar os dados do METAR para a região sudeste do Brasil no dia 28/06/2017 as 01Z (23:00 do dia anterior no horário local). Observa-se algumas regiões circuladas de vermelho, que indicam probabilidade de ocorrência de orvalho. Na mesma figura a direita, observa-se a previsão de geada para o mesmo dia pelo CPTEC. Figura 3 - Esquerda: Carta sinótica de superfície do METAR com dados de vento, temperatura do ar e temperatura de orvalho (modificada). As áreas destacadas em vermelho são regiões com possível formação de orvalho. Fonte: MASTER. Direita: Previsão de geadas para a madrugada do dia 28/06/2017. Fonte: CPTEC/INPE Na análise da carta sinótica de superfície das 12Z do dia 28/06/2017 (Figura 4), observa-se que o sudeste brasileiro está sob influência da presença da Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS) com valor de 1024 hpa em torno de 28 S/30 W, ou seja, com condições favoráveis para a ocorrência de orvalho/geada. Outra ferramenta interessante de identificação de geadas é o mapa de geadas disponibilizado pelo INMET, como se pode observar na Figura 5. Nessa imagem são mostradas as ocorrências de geadas registradas pelas estações do INMET nos últimos 30 dias (aproximadamente o mês de junho/2017). Nas estações de Bagé e Bom Jesus, ambas no Rio Grande do Sul, foram registradas ocorrências de fortes geadas no dia 20/06/2017, último dia de outono em nosso hemisfério.
Figura 4 - Carta sinótica de superfície 28/06/17-12Z. Fonte: CPTEC/INPE Figura 5 - Mapa de geada dos últimos 30 dias. Modificada de: INMET (http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=clima/geada).
Nevoeiro Definição A Organização Meteorológica Mundial (WMO, 1966) define nevoeiro como uma suspensão de gotículas de água ou cristais de gelo na atmosfera que reduz a visibilidade horizontal na superfície a menos de 1 km. Nevoeiro é um tipo de nuvem estratiforme que se forma na superfície ou muito próximo a ela, e que afeta a visibilidade (Wallace & Hobbs, 2006). É formado quando a temperatura e o ponto de condensação do ar se tornam os mesmos - ou quase os mesmos - e suficientes núcleos de condensação estão presentes. O nevoeiro é caracterizado quando a visibilidade for menor que 1 km e a Umidade Relativa (UR) próxima a 100%, com um mínimo de 95%. Quando a visibilidade horizontal no solo é superior a 1 km, o fenômeno é chamado de neblina (Meteorological Office, 1994). Características Segundo as notas de aula de Reboita, embora existam vários tipos de nevoeiros, os mecanismos de formação podem ser reduzidos a 3 processos: Radiação: Resfriamento do ar ao ponto de orvalho; Frontal: Adição de vapor d água no ar e Advecção: Mistura vertical de parcelas de ar úmido de diferentes temperaturas Mais de um processo pode ocorrer no desenvolvimento de um nevoeiro, mas normalmente um domina sobre os demais. Os tipos de nevoeiro mais comuns que ocorrem em São Paulo, segundo Reboita, são o nevoeiro de superfície e o nevoeiro advectivo-radiativo, descritos a seguir. Nevoeiro de superfície: raso mas usualmente denso ocorrendo em condições de céu claro; formado a partir de uma inversão térmica de superfície causada pelo resfriamento radiativo que ocorre durante a noite; noites calmas e de céu claro permitem que a radiação emitida pela superfície escape para o espaço; desaparecem rapidamente após o nascer do sol. Nevoeiro do tipo advectivo-radiativo: se forma por resfriamento radiativo noturno sobre o continente de ar procedente do mar durante o dia; é como outros nevoeiros do tipo radiativo, porém se deriva de ar com alta umidade oriundo de superfícies de águas quentes resfriado radiativamente durante a noite sobre o continente. Identificação Um nevoeiro atingiu vários aeroportos do sudeste brasileiro na manhã de segunda-feira (29/05/2017). Segundo as notícias da Folha e do Globo o nevoeiro cancelou voos em Congonhas (São Paulo) e Santos Dumont (Rio de Janeiro).
Dados METAR O METAR é um boletim meteorológico codificado, associado às observações meteorológicas de estações de superfície utilizado para fornecer informações sobre condições do tempo. Os dados de quatro aeroportos nas localidades onde foram reportadas ocorrência de nevoeiro foram graficados na Figura 6 para o dia 29/05/2017. Figura 6 Temperatura do ar ( C), temperatura de orvalho ( C) e Umidade Relativa (%) do dia 29/05/2017 e o reporte de ocorrência de nevoeiro, neblina e névoa nas Estações de Congonhas e Guarulhos (SP), Santos Dumont e Galeão (RJ). Pode-se observar que até as 12Z a temperatura do ar e a temperatura de orvalho permaneceram mais próximas com umidade relativa elevada, perto dos 90%, condições favoráveis a formação de nevoeiro. Congonhas foi a estação que mais reportou nevoeiro e névoa e Santos Dumont apresentou ocorrências de neblina em horários que adentraram muito a manhã/tarde, quando o sol já está mais forte e normalmente discipa o nevoeiro. Análise Sinótica Na análise da carta sinótica de superfície das 12Z do dia 29/05/2017 (Figura 7), observa-se a atuação de um sistema frontal sobre o Atlântico, ao sul de 40 S. Nota-se um cavado ao longo da costa leste do Nordeste do Brasil e a Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS) tem isóbara com
valor de 1024 hpa, a leste de 30 W. Esses dois sistemas atuam sobre o oceano a sudeste da costa carioca, inibindo a formação de nebulosidade sobre o mar e propiciando ventos frios para a região. Como o ar sobre o oceano contém muita umidade, quando este ar esfria o vapor d água se condensa, formando névoa úmida ou nevoeiro. Figura 7 - Carta sinótica de superfície 29/05/17-12Z. Fonte: CPTEC/INPE Sondagem Os dados de sondagem correspondente à estação localizada no aeroporto do Galeão no Rio de Janeiro e fornecidos pela University of Wyoming para o dia 29/05/2017 12Z (Figura 8) mostra um aquecimento em baixos níveis. Este fenômeno natural, chamado de inversão térmica, favorece a formação de nevoeiro. Quando há subsidência, condições de alta pressão na região, a porção superior da camada de ar é aquecida por compressão (GRIMM). O resultado é a estabilização do ar, pois o ar acima é aquecido em relação ao ar da superfície. A temperatura do ar na camada de mistura decresce com a altitude, mas o ar logo acima da camada de mistura, aquecido por compressão adiabática, é significativamente mais quente que o topo da camada de mistura (como acontece na Figura 8).
Figura 8 - Sondagem referente ao dia 29/05/2017 12Z. Fonte: University of Wyoming (http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html). Satélite Durante a noite, as diferenças de temperatura de brilho entre os canais 4 e 2 permitem a determinação das áreas de ocorrência de nevoeiros, stratus e cirrus (FERREIRA et al., 1999). As diferenças positivas representam as áreas com nevoeiro e/ou stratus e as diferenças negativas destacam as regiões com cirrus (FERREIRA et al., 1999). Essa técnica leva em conta que a emissividade das nuvens formadas por gotas d água em 3,9 µm é menor do que em 10,7 µm (FERREIRA et al., 1999). Na Figura 9 mostra-se o produto disponibilizado pelo CPTEC que realça os locais com nevoeiro/stratus. Quanto mais escuro é o azul do realce, maior é a intensidade de nevoeiro. Percebe-se que das 7:30 9:00 Z temos bastante
Figura 9 - Sequência de imagens do Sudeste durante o dia 29/05/2017, realçando a possibilidade de nevoeiro/stratus das 7:30 as 9:00 Z. Fonte: CPTEC/INPE (http://satelite.cptec.inpe.br/nevoeiro/). Referências NELSON J. FERREIRA; ANA M. B. NUNES; NIVALDO S. FERREIRA; EDUARDO DE BRITO BASTOS. Determinação de nevoeiros sobre as regiões sul e sudeste do brasil utilizando-se imagens multiespectrais do satélite goes-8. INPE, 1999. ELLROD, E., 1994: Detection and analysis of fog at night using GOES multispectral infrared imagery. NOAA Technical Report NESDIS 75. WALLACE, J. M.; HOBBS, P. V. Atmospheric Science An introductory Survey. 2.. ed. Amsterdam: Elsevier, 2006. 483 p. WORLD METEOROLOGICAL ORGANIZATIONS (WMO) International meteorological vocabulary. World Meteorological Organization, Geneva, 1966. 275 p. Web/Dados: CPTEC (http://satelite.cptec.inpe.br/nevoeiro/#) MASTER (http://master.iag.usp.br) INMET ( http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=estacoes/estacoesautomaticas) Wyoming (http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html)
The COMET Program: METed (Radiation Fog) (https://www.meted.ucar.edu/fogstrat/) Notícias: http://www.deolhonotempo.com.br/index.php/monitoramento/7952-geadaradiativa-pode-atingir-areas-de-mg-e-sp-nos-proximos-dias-segundo-cptec-inpe http://dc.clicrbs.com.br/sc/estilo-de-vida/noticia/2017/06/ultimo-dia-de-outono-temgeada-e-sensacao-termica-de-13c-na-serra-catarinense-9820466.html http://www1.folha.uol.com.br/cotidiano/2017/05/1888295-nevoeiro-cancela-voos-egera-filas-de-passageiros-em-congonhas.shtml Notas de Aula: Notas de Aula da Profa. Dra. Michelle Simões Reboita de Meteorologia Sinótica I: Orvalho, Geada e Nevoeiro Notas de Aula da Profa. Dra. Fabrina Bolzan Martins de Agrometeorologia: Umidade do ar e orvalho Notas de Aula da Profa. Dra. Alice Marlene Grimm de Meteorologia Básica (http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/index.html)