“o aquecimento da atmosfera” temperatura. no item anterior tratamos do balanço de energia: como...
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““O AQUECIMENTO DA ATMOSFERA”O AQUECIMENTO DA ATMOSFERA”
TEMPERATURATEMPERATURA
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• no item anterior tratamos do Balanço de energia: como o calor é transformado e usado
no sistema da Terra-Atmosfera
• Uma mudança no conteúdo de calor na atmosfera pode ter dois resultados: → mudança na temperatura (acontece sempre)→ trabalho de expansão (acontece às vezes)
[ primeira lei da termodinâmica]
“Distribuição e mudanças na Temperatura são resultado dos processos envolvidos no balanço de energia”
1. Introdução
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A mudança na temperatura devido a uma adição do calor (aquecimento)
em um objeto (sem trabalho de expansão) depende de dois fatores:
• a massa do objeto m [Kg]
• o calor especifico do objeto C [J/(Kg*K)]
característica da substância: quanto de energia (J) é necessário para elevar em 1K a temperatura de 1Kg desta substancia.
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Diferença entre Temperatura e Energia:
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Lado esquerdo: mesma temperatura em todos os objetos.
Mas: diferente - quantidade de massa (m);- substancia → Calor especifico (C)
Assim: mudança de T- menor onde a energia é distribuída sobre mais massa- menor onde o objeto possui calor específico maior- maior onde mais energia é absorvida
Diferença de T : propriedade que determina a direção do fluxo de calor em um objeto quando está em contato com outro objeto com
temperatura diferente
Diferenças em Temperatura:determina a direção e o fluxo de calor
•Fluxo de calor vai da alta para baixa temperatura•Alta energia armazenada → Baixa energia reservada
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2. Temperatura do ArPrincipal influência na temperatura do ar
(próximo a superfície):
QH - fluxo de calor sensível = energia usada para aumentar temperatura do ar
- é uma resposta ao balanço de energia
- o calor da superfície é misturado em uma camada de 1-2 quilômetros de espessura
acima da superfície (pela turbulência)
- quanto mais espessa a camada de mistura, maior o calor necessário para a
mudança de temperatura
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Outras influências para a mudança na temperatura do ar:
• Absorção e emissão de radiação de onda longa
- conversão da radiação em calor (aquecimento) ou de calor para radiação (resfriamento)
- usualmente requer ar bem úmido (alta emissividade)
• Condensação:
- formação de nuvem (ou nevoeiro) libera calor latente - pára o resfriamento, não aquece diretamente
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Outras influências para a mudança na temperatura do ar:
• Advecção: -aquecimento/resfriamento devido ao transporte pelo vento
-mudanças na massa de ar associada com a passagem de um frente
-ventos de áreas frias ou quentes
• Mudança na Altitude :- expansão e resfriamento pelo levantamento do ar
- compressão e aquecimento devido ao abaixamento do ar
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Influência do Balanço de Radiação na Temperatura do Ar:
• A temperatura da superfície é influenciada por Q*:- QH pode somente aquecer o ar até ao ponto em que está disponível de Q *
• K↓ é o controle primário no Q* (e assim de T):- Influencia sazonal da temperatura pela latitude (através de K↓)
(aquecimento no trópicos, resfriamento nos pólos)
• Tipo de superfície controla Q* via ε e α:
Q* = (K↓ - K↑) + (L↓ - L↑) α ε
• Q* afeta e controla QH:
Q* = QG + QH + QE
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3. CONTROLE DA POSIÇÃO GEOGRÁFICA NA TEMPERATURA
Quatro principais fatores (fora a latitude):
O resultado desses controles é a distribuição global e a evolução diurna e sazonal da temperatura.
(i) O aquecimento diferencial entre a terra e a água
(ii) correntes oceânicas(iii) altitude(iv) posição geográfica relativa
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Diferenças entre o aquecimento na terra e no oceano
Terra Água Sólido - condução Líquido – convecção aquece uma fina camada da
superfície
Diário: 10 cm
Anual: 15 m
Aquecimento mais rápido para uma temperatura mais alta
Resfriamento mais rápido para uma temperatura mais fria
Turbulência - distribui calor para uma camada de massa maior
Diário: 6 m
Anual: 200-600 m
A superfície resfria lentamente – movimento vertical – água superficial uma vez resfriada afunda e é substituída pela água mais quente
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Terra Água Opaco Transparente- Calor absorvido
principalmente pela superfície
- K↓ penetra diversos metros
Calor especifico 3 vezes menor
• Calor especifico 3 vezes maior
Ex.: A mesma quantidade de energia aumentara a T em 15K (terra) e em 5K (água)
A água requer > 3X mais calor para aumentar a T que a mesma quantidade de terra
• Evaporação - menor • Evaporação – maior - processo de resfriamento
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EXEMPLO1. Escala local
Compare cidades costeiras e continental uma para mesma latitude
Vancouver (costeira) ~49°N
Winnipeg (continental )
Av: 2° C Jan Av: -18° CAv: 18° C Jul Av: 20° COceano Clima moderado
Não tem oceano para moderar os extremos
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Correntes OceânicasImpacto na Temp. nas áreas costeiras
•Corrente quente – se move do equador para o Polo•Corrente fria – se move do Polo para o Equador
Correntes oceânicas quente (fria) – mais impacto no inverno (verão)
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• T cai na media 6.5°C/m com a altura [lapse rate] na troposfera livre
• A densidade (ρ) e Pressão (P) também diminuem com a altura
• Altitude também afeta o range de temperaturaRedução da densidade- Atmosfera absorve, reflete uma porção menor de K↓
⇒ Aumenta K↓ recebido na superfície ⇒ Intenso aquecimento diário
- Menor absorção pela atmosfera (L↑, K↓) ⇒ L↓ para a terra é reduzido ⇒ Noite – resfriamento mais rápido
⇒ Maior o range de temperatura para lugares mais elevados ⇒ Os locais elevados não estão tão frios como se esperaria da taxa
média do lapse rate por causa do K↓ maior
Altitude
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BARLAVENTO SOTAVENTO
quente e seco
Posição relativa aos ventos predominantes
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DISTRIBUIÇÃO GLOBAL DA TEMPERATURA
PADRÃO GERAL: - Tendência N-S : decréscimo da T para os polos (K↓) - Perturbações L-O : mais quente/frio sobre a terra (verao/inverno) correntes oceânicas – quente, fria
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Diferença de Temperatura entre Verão e Inverno
EQUADOR : Menos diferença de Temperatura que nas latitudes médiasPOLOS : maior diferença de Temperatura
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• Mínimo – Nascer do sol
Ciclo diurno da Temperatura• Máximo - 2- 5 pm
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K↓ - Fonte primaria, pico ao meio diaL↑ - Perda primaria, atua 24h ao longo do dia
Noite – atmosfera e superfície resfriam pois emitem L↑- energia que é “perdida” e não sendo substituído por K↓
Mínimo de T – em torno do nascer do sol - logo antes de ↓ começar a aquecer a terra novamente ar⇒
Máximo de T – meio da tarde• Atraso do pico de K↓, mas K↓ é ainda forte ,• e QH aquece o ar acima
⇒ Atraso do Máximo
“Tamanho” do atraso – depende das condições locais. Ex. condições de nuvem, seco/úmido, latitude, ambiente geográfico
Ciclo diurno da Temperatura
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SEM nuvens COM nuvensK↓ grande T na superfície alta ⇒ alta T do ar
dia K↓ reduzidoDiminui T do ar
L↑ perde para o espaçomenos L↓T mais fria
noite L↑ absorvido pelas nuvensmais L↓T permanece quente
(a) Localização – próximo ao oceano ou grande massa de água
• pequeno ciclo diurno comparado com o continente• oceanos – pequeno range diurno ar acima idem⇒
Exemplos
(b) Dia claro versos nublado
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• Data das estações Astronômica – indica o começo das estações meteorológicas,
mas não indicam o pico.
(assim como o ciclo diário, os máximos são deslocados)
• Efeito da retardação do aquecimento da terra (demora um tempo: uma quantidade grande de massa envolvida)
• Transporte meridional de energia i.e. energia transportada em direção ao pólo
• Quanto o contraste de T se torna grande – as correntes da atmosfera e do oceano "trabalham mais duramente"
para transportar o calor
• Logo após o máximo solar – contraste de T através das latitudes se torna mais pronunciado sobre continentes do que no oceano.
• Atraso – maior nas áreas oceânicas ⇒áreas Continentais - Julho máximo (janeiro HS) ⇒áreas costeiras - Agosto/setembro máximo (fevereiro/março HS)
Temperatura do ar anual
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temperatura do solo: Diário e anual• Grandes variações próximo a superfície: depende de Q* e da condutividade de calor do solo e calor especifico
• aumento da profundidade (a partir da superfície), variação decresce
-Em regiões sub-árticas: o solo profundo nunca descongela ( “permafrost”)
-Ciclo diário alcança ~ 20 cm dentro do solo (quase não tem variação de temperatura a profundidades >s)
- Ciclo anual alcança ~ 6 m dentro do solo (quase não tem variação sazonal da temperatura a profundidades >s)
• No solo profundo, o atraso se torna grande:
Grande quantidade de massa envolvida, demorando mais para aquecer camadas mais profundas
• a aproximadamente 10m no solo, o atraso é ~ 6 meses:• max. em Janeiro (julho HS) - min, em Julho (janeiro HS)• diferenças na T muito pequenas: essencialmente não há “estações”