Fundação Carmelitana Mário Palmério-FUCAMP Curso de Bacharelado em Engenharia Civil Hidrologia Aplicada PRECIPITAÇÃO C A ROLI NA A. G H ELLI 1
Objetivos 1.Conhecer o processo físico de formação das chuvas e seus tipos 2. Saber como se medem as chuvas 3. Conhecer as representações gráficas do totais precipitados (pluviogramas e hietogramas). 4. Conhecer a sazonalidade das chuvas 5. Conhecer as variabilidades das chuvas no mundo e no Brasil. 2
Introdução A precipitação é entendida como qualquer forma de água proveniente da atmosfera que atinge a superfície terrestre, como, por exemplo, neve, granizo, chuva, orvalho, geada, etc. O que diferencia as várias formas de precipitação é o estado em que a água se encontra. 3
Introdução Fenômeno alimentador da fase terrestre do ciclo hidrológico Fator importante para os processos de escoamento superficial direto, infiltração, evaporação, transpiração, recarga de aquíferos, vazão básica dos rios e outros Dado importante para planejamento de longo prazo, pois sofre menos influências diretas de alterações antrópicas provocadas no meio. 4
5
Introdução Fonte de água da bacia hidrográfica Condiciona o regime do rio (vazões médias, estiagens e cheias) Variações no tempo (sazonais, plurianuais e maior duração) Variações no espaço Enfim, fenômeno natural com elevado grau de aleatoriedade! 6
Introdução A importância do estudo da precipitação é a de quantificar a necessidade de irrigação de culturas, abastecimento de água doméstico e industrial e, no dimensionamento de canais em bacias rurais e principalmente urbanas, para ser eficaz no controle de inundações. 7
Circulação global do ar atmosférico 8
Circulação global do ar atmosférico A maior parte da massa de ar atmosférico se encontra na camada mais próxima da Terra. Na troposfera a temperatura do ar, em geral, tende a diminuir com a altitude. Praticamente todo o vapor d agua se concentra na troposfera. 9
Circulação global do ar atmosférico O ar das camadas da mais baixas da troposfera fica em contato com a superfície da Terra, e troca calor com a superfície pelo processo de convecção. Como consequência do aquecimento desigual das diferentes regiões da Terra, em função das latitudes e da época do ano, ocorre aquecimento diferencial do ar próximo a superfície. O ar aquecido tem uma densidade menor e tende a ascender na atmosfera, provocando a circulação das massa de ar (vento). 10
Circulação Idealizada Regiões em que a superfície recebe mais energia solar (Regiões Tropicais) ~> Tem temperaturas de superfície mais altas. Na região do equador (latitude 0 ), o aquecimento dos oceanos é mais intensa. Ocorre a convecção, movimento ascendente de ar na atmosfera. Ao atingir a troposfera o ar não pode mais ascender o movimento ascendente é desviado e provoca um fluxo de ar de sul para o norte no hemisfério Sul e de norte para o sul no Hemisfério Norte. Coriolis -> Ventos desviados para Oeste, ventos alísios. Zona de convergência Intertropical -> Encontro dos ventos alísios na região equatorial 11
Circulação Idealizada Em latitudes próximos a 30 N e 30 S, o ar tende a descer, voltando a direção da superfície. O ar descendete é seco e inibe a formação de nuvens. -> Regiões de Alta pressão Em latitudes próximas a 60 N e 60 S há uma outra zona de fluxo atmosférico ascendente, o que também origina nuvens e chuva. -> Baixa pressão Nos meses que correspondem ao verão no hemisfério Sul, a máxima insolação, maior aquecimento. A circulação do ar atmosférico se modifica de acordo. A ZCIT s posiciona ao sul do equador. 12
Circulação global do ar atmosférico Heterogeneidade da superfície -> massas continentais e oceânicas; Relevo; Correntes marítimas; Rotação da Terra; 13
Transferência de calor na atmosfera Convecção: processo de condução de calor numa massa de ar Advecção: transferência de vapor de superfície de água líquida para a atmosfera causado pelo vento Radiação 14
Formação das Nuvens 15
Causas da ascensão de Ar Úmido 16
Formação da Chuva: A Coalescência É o processo em que duas ou mais partículas ou gotículas fundem-se, formando apenas uma única gotícula (ou bolha). Em meteorologia, é um dos processos principais na formação de chuvas. As pequenas gotículas são arrastadas pelos ventos ascendentes e descendentes no interior de uma nuvem, colidindo-se e coalescendo-se. Quando as gotículas tornam-se muito grandes para serem sustentados pelas correntes de ar, começam a cair em forma de chuva. Este processo também acontece com outros fenômenos atmosféricos precipitantes, tais como a neve e o granizo. O principal agente de coalescência é o Material Particulado. 17
18
Diferentes tipos de Nuvens 19
Tipos de Precipitação Água Líquida Orvalho Geada Granizo Neve 20
Processos de Formação de Chuva Chuvas Frontais (Ciclônicas) Chuvas Convectivas Térmicas Chuvas Orográficas 21
Chuvas Frontais (Ciclônicas) 22
Chuvas Frontais (Ciclônicas) 23
Chuvas Convectivas (ou de Verão) Grandes intensidades Curtas durações Pequena abrangência espacial Grande impacto em drenagem urbana 24
Chuvas Convectivas (ou de Verão) 25
Chuvas Orográficas Influência da topografia Intensidades variáveis Impactos em pequenas bacias em serras 26
27
Como diferenciá-las do ponto de vista hidrológico: Frontais: Cobrem grandes áreas e são de longa duração, com volumes precipitados bastante elevados Convectivas: Cobrem pequenas áreas e são de curta duração, em geral, com volumes precipitados inferiores às chuvas frontais Orográficas: Cobrem áreas localizadas, em geral, regiões serranas, possuem longa duração e pequenos volumes 28
Como medir a chuva? Principais Variáveis altura de chuva (h) duração da chuva (td) intensidade de chuva, altura/duração (i) Tempo de recorrência (TR) unidades de altura: mm,, etc. de duração: min, h, etc. de intensidade: mm/min, mm/h, etc. 29
Medição das precipitações Precipitações são medidas em unidades de comprimento (mm; cm; m; polegada,etc.) O volume precipitado é obtido pela multiplicação da altura precipitada pela área da bacia hidrográfica Intensidade da precipitação: altura precipitada por unidade de tempo (mm/min; mm/h) 30
O que significa 1 mm de chuva em uma bacia hidrográfica? 31
O que significa 1 mm de chuva em uma bacia hidrográfica? Em uma área de 1 m² corresponde a 1 litro de água!!! 32
Aquisição de dados das chuvas Pluviômetros 33
Pluviômetro 34
Pluviômetro Condições de Instalação e Leitura A 1,5 m do chão (topo do aparelho) Distância 2L de objeto de altura L Leitura as 07:00 (AM) Cada equipamento tem a sua proveta graduada 1 pluviômetro a cada 250 km² (OMM) 35
Pluviógrafo 36
Pluviógrafo 37
Pluviógrafo 38
Pluviograma 39
Pluviograma 40
Pluviograma ( intensidade da chuva) 41
Estação Pluviométrica 42
Rede Telemétrica 43
Rede Telemétrica Chuva Vento (Intensidade e Direção) Temperatura Umidade Pressão Barométrica 44
Radar Meteorológico 45
Radar Meteorológico Possibilidade de quantificar a precipitação de forma contínua, tanto no tempo quanto no espaço alternativa às medidas pontuais de pluviômetros Não mede diretamente chuva nível de retorno dos alvos de chuva refletividade Determinar a partir do espectro de gotas observado a relação entre a chuva e a refletividade relação Z-R 46
Radar Meteorológico Ondas eletromagnéticas à velocidade da luz enviadas para as nuvens na nuvem, cada gota irradia ondas em todas as direções parte da energia gerada pelo volume total de gotas iluminado pelo feixe de onda do radar volta ao prato do radar distância pelo tempo de ida e volta 47
CAPPI - Início do Evento CAPPI - Início do Evento mm/h 48
CAPPI - Pico do Evento mm/h 49
ECHO-TOP - Momento de Pico do Evento km 50
Chuva Acumulada do Evento mm 51
Imagens de Satélite 52
Imagens de Satélite 53
Forma de Apresentação de dados Hietograma 54
Forma de apresentação 55
Forma de apresentação 56
Manipulação e processamento dos dados pluviométricos Detecção de erros grosseiros; Preenchimento de falhas. onde Px é o valor de chuva que se deseja determinar; P x 1 3 N N x A P A N N x B P B N N x C P C Nx é a precipitação média anual do posto x ; NA, NB e NC são, respectivamente, as precipitações médias anuais do postos vizinhos A, B e C ; PA, PB e PC são, respectivamente, as precipitações observadas no instante que o posto x falhou. 57
Formas de Apresentação As análises dos dados podem ser feitas para: Chuvas Instantâneas (precisão de minutos) Chuvas Horárias Chuvas Diárias (pluviômetro) Chuvas Mensais Chuvas por Estação (3 meses) Chuvas Anuais 58
Chuva média anual A chuva média anual é uma das variáveis mais importantes na definição do clima de uma região, bem como sua variabilidade sazonal 59
Chuva média anual Muitas regiões da Amazônia mais do que 2000 mm por ano Região do Semi-Árido do Nordeste áreas com menos de 600 mm anuais 60
Chuvas Totais Anuais Distribuição das chuvas se aproxima de uma distribuição normal (exceto em regiões áridas). Distribuição normal tabelada para Z = (x- )/ Conhecendo a média e o desvio padrão das chuvas anuais é possível associar uma chuva a uma probabilidade 61
Chuvas médias mensais A variabilidade sazonal da chuva é representada por gráficos com a chuva média mensal Na maior parte do Brasil verão com as maiores chuvas. Rio Grande do Sul a chuva é relativamente bem distribuída ao longo de todo o ano (em média). 62
Chuvas médias mensais Precipitações médias mensais: dados do posto Jacarecica da SEMARH. Período: 1997 a 2007 63
Como obter essas informações??? 64
Como obter essas informações 65
Como obter essas informações 66
Como obter essas informações 67
Sazonalidade das Precipitações Climas quentes da zona intertropical Regime Equatorial: chuvas durante todo o ano, sem estações secas definidas Regime Sub-equatorial: dois períodos secos, um no inverno e outro no verão Regime Tropical: um período nítido de chuvas no verão Climas temperados da zona subtropical Dominados pelas evoluções das massas de ar Chuvas distribuídas no ano Climas de Monções (Oceano Índico e continentes adjacentes) Dominados pelas correntes eólicas provenientes das diferenças de temperatura entre o oceano e o continente Regime de chuvas depende do relevo 68
Sazonalidade das Precipitações Semestre Seco: Meses do ano em que as precipitações médias da série histórica referentes a esses meses são inferiores à precipitação média dos 12 meses. 69
Chuva Média Distribuição Global de Precipitação 70
Distribuição das Chuvas Totais Anuais no Brasil 71
Variabilidade Espacial da Chuva Variação depende do tipo de chuva (convectiva, ciclônica ou orográfica) Densidade de postos: existem recomendações gerais da OMM. Casos específicos: a densidade deve ser maior Curvas de variação da intensidade de uma chuva com a área. 72
E na bacia hidrográfica? Pluviômetros e pluviográfos medem a precipitação em um ponto... Como calcular a chuva média que ocorre neste espaço? 73
Precipitação média sobre uma bacia 74
Precipitação média sobre uma bacia Lâmina de água de altura uniforme sobre toda a área considerada, associada a um período de tempo dado (como uma hora, dia, mês e ano). 75
Precipitação média sobre uma bacia Média aritmética (método mais simples) 66 mm 66+50+44+40= 200 mm 200/4 = 50 mm P média = 50 mm 50 mm 44 mm 40 mm 42 mm 76
Precipitação média sobre uma bacia Método das Isoietas Posto 2 1400 mm Posto 1 1600 mm Posto 3 900 mm 77
Precipitação média sobre uma bacia Método das Isoietas Posto 1 1600 mm 1700 1600 1500 1300 Posto 2 1400 mm 1200 1000 Posto 3 900 mm 1700 1400 1200 1100 900 78
Precipitação média sobre uma bacia Método das isoietas: Traça as isoietas que são as linhas de mesma precipitação com base nos postos existentes; Calcula a área entre isoietas e considera-se o valor médio entre os dois valores como precipitação média na área entre elas; Pondera-se da mesma forma como no método anterior. 79
Precipitação média sobre uma bacia 80
Precipitação média sobre uma bacia 81
Precipitação média sobre uma bacia Polígonos de Thiessen Áreas de influência de cada um dos postos P n i 1 a i P i a i = fração da área da bacia sob influencia do posto I P i = precipitação do posto i 82
Chuva média 83
Precipitação média sobre uma bacia Método dos polígonos de Thiessen Variação espacial discreta da chuva Resultado é único (independe do autor) Não considera a distribuição espacial de um evento. Seu cálculo é facilmente automatizado Método das Isoietas Variação espacial contínua da chuva Resultado não é único (depende do autor) Considera a distribuição espacial de um evento. Seu cálculo pode ser parcialmente automatizado (SIG). 84
FIM! 85