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:: Quinta-feira, 31 de Julho de 2014 ::
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    Meteorologia - A Ciência dos Fenômenos Atmosféricos

    O interesse do homem pelos fenômenos atmosféricos revela-se, desde épocas pré-históricas, em práticas ritualísticas de caráter mágico. Como ciência autônoma, entretanto, a meteorologia é relativamente recente e data do século XIX, quando foram feitas as primeiras previsões do tempo. No século XX, o progresso da aviação e, posteriormente, dos satélites artificiais abriu uma nova era para a meteorologia.

    Meteorologia é a ciência que estuda as leis que regem os fenômenos atmosféricos e, de forma particular, os que ocorrem na baixa atmosfera, ou troposfera, até uma altitude média de 15.000m. Ciência que fornece a base das previsões do tempo, a meteorologia envolve o estudo sistemático das variações de curto prazo - ou seja, diárias - de temperatura, umidade, pressão atmosférica, ventos, nebulosidade e precipitação, e suas causas. Embora sejam ciências intimamente relacionadas, não se deve confundir a meteorologia com a climatologia, que estuda as condições e variações do tempo numa determinada área ao longo de um extenso período de tempo, que pode variar de um mês a um milhão de anos.

    São duas as principais divisões da meteorologia: a dinâmica e a sinóptica. A meteorologia dinâmica lida basicamente com a atividade atmosférica e os processos físicos ligados à circulação do ar. A pesquisa envolve o uso de modelos matemáticos que, processados em computadores, contribuem para a compreensão das características físicas e estruturais das camadas mais baixas da atmosfera. A meteorologia sinóptica se concentra nos fenômenos atmosféricos diretamente associados ao tempo. A designação deriva do método sinóptico, que consiste em traçar num mapa os dados obtidos em observações simultâneas das condições atmosféricas durante um período de tempo específico, o que fornece uma visão abrangente do tempo na área em questão.

    A coleta dos dados é feita normalmente por equipamentos estrategicamente distribuídos por todo o mundo, entre eles radares de superfície e sistemas de sensoriamento remoto como sondas transportadas por balões e satélites meteorológicos. Com esses dados, os meteorologistas fazem previsões de tempo locais de curto prazo - as que projetam as condições atmosféricas com uma antecedência máxima de 12 horas. Para estender a previsão a um período maior, ou a uma área maior, empregam-se modelos matemáticos baseados em leis físicas de conservação de movimento, temperatura, massa e umidade. Processados em supercomputadores de alta velocidade, esses modelos possibilitam a previsão acurada de campos de pressão, alterações de temperatura e, num grau menor, precipitação, com cinco a sete dias de antecedência. A previsão de base numérica é em grande parte baseada nos princípios e na metodologia da meteorologia dinâmica.

    De acordo com sua aplicação prática, a meteorologia abrange outras seções complementares. Os princípios meteorológicos aplicados à aviação e à navegação marítima e fluvial são objeto da meteorologia aeronáutica e marítima, respectivamente. A meteorologia agrícola se aplica à agricultura. Questões relativas a irrigação, nascentes, provisão de água etc. pertencem ao campo da hidrometeorologia. A meteorologia médica compreende questões relativas às alterações que os fenômenos meteorológicos e o clima podem causar no organismo humano.

    Além dos diversos gases que a compõem, a atmosfera, camada gasosa que envolve a Terra, contém impurezas, como poeira, cinzas e sal. Essas partículas diminutas, que só podem ser percebidas em conjunto ou com o auxílio de instrumentos, são de grande importância nos processos meteorológicos, e em sua influência se baseiam teorias mais recentes sobre produção artificial de chuvas e controle do tempo. Também é importante a quantidade de vapor d'água em suspensão, que determina a umidade relativa do ar.

    A troposfera é a camada inferior da atmosfera, na qual têm lugar os fenômenos meteorológicos. É uma camada relativamente instável, com freqüente ocorrência de correntes verticais que causam condensação, formação de nuvens e precipitação. Acima da tropopausa, camada de transição cuja altura varia conforme a latitude e a estação do ano, começa a estratosfera, que se estende a até cinqüenta quilômetros de altura. A existência de uma camada de ozônio no nível inferior da estratosfera, a cerca de trinta quilômetros de altitude, tem estreita correlação com as condições de tempo reinantes nas camadas inferiores da troposfera. A estratosfera costuma ser muito estável e desprovida de nuvens (à exceção das chamadas nuvens-de-madrepérola, formadas pela capa de ozônio), principalmente no espaço compreendido entre a tropopausa e a camada de ozônio. Oferece, assim, condições ideais de vôo.

    A maior frequência de incandescência de meteoros entre quarenta e oitenta quilômetros de altura pode indicar a existência de uma camada de ar muito aquecido, com temperatura entre 60º e 70º C, às vezes denominada mesosfera. A camada de transição entre o nível inferior da estratosfera e a mesosfera se denomina estratopausa. A sessenta quilômetros de altitude encontra-se uma camada que tende a absorver as ondas eletromagnéticas, cujo aparecimento se deve à ação dos raios solares.

    À mesopausa, nova camada de transição, segue-se a ionosfera, que se estende até 500km de altitude. Em seu nível inferior, a cerca de cem quilômetros de altitude, às vezes podem-se observar as chamadas nuvens noctilucentes, extremamente raras. A ionosfera também se caracteriza pelo aumento constante da temperatura, o que faz com que seja também denominada termosfera. A atmosfera, a essa altura, é extremamente ionizada e de grande condutibilidade elétrica. Entre as diversas subcamadas em que se divide a ionosfera, a camada conhecida como Kennelly-Heaviside, entre 100 e 120km, reflete as ondas hertzianas, que retornam então à superfície terrestre, fato que explica o grande alcance das emissoras de rádio. Entre 120 e 180km ocorre o fenômeno eletromagnético das auroras boreais e austrais. Há, porém, fenômenos atmosféricos observados em imensas altitudes. Já foram comprovadas auroras a 1.200km da superfície terrestre.

    Para se proceder a um resumo do estado do tempo em determinado lugar, numa hora marcada, é necessária uma rigorosa e metódica observação dos fenômenos atmosféricos existentes. Um elemento meteorológico essencial é a temperatura do ar. Outros dados fundamentais para a observação meteorológica são: pressão atmosférica, intensidade e direção do vento, umidade relativa do ar, evaporação, radiação solar e diferentes tipos de nebulosidade.

    Para medir a temperatura do ar usa-se o termômetro de mercúrio, graduado pela escala Celsius ou Fahrenheit. Nas estações meteorológicas, esse e outros instrumentos são guardados num abrigo de madeira, a fim de protegê-los contra as chuvas e a radiação solar. Há também termômetros de máximas e mínimas. Os termômetros registradores, ou termógrafos, apresentam diversos tipos, dos quais o mais utilizado é o de Bourdon.

    A Sensação térmica é a temperatura aparente sentida pela pele exposta, devido a uma combinação entre a temperatura do ar e a velocidade do vento.

    Usualmente medida pelos barômetros de mercúrio, que exprimem o peso de uma atmosfera circundante por unidade de área da superfície exposta, a pressão atmosférica varia com a latitude, a gravidade da Terra e a temperatura, e invariavelmente diminui com a altitude. Nos países que seguem o sistema decimal, a escala barométrica é avaliada em milímetros. Em 1914 adotou-se o milibar (mb) como unidade de pressão.

    Para medir a pressão atmosférica, também se utiliza o barômetro aneróide, que pode ser dotado de uma escala indicadora de altitude e, nesse caso, recebe o nome de altímetro. Os altímetros são muito úteis no caso de observações operadas a bordo de aeroplanos ou balões de sondagem.

    Medida da quantidade de vapor d'água existente na atmosfera, a umidade pode variar de zero a quatro por cento em volume. A quantidade máxima que o ar pode absorver é tanto maior quanto mais elevada for a temperatura. Em termos de aplicação prática, interessam ainda outras medições de umidade, como o ponto de orvalho e a umidade relativa do ar.

    Chama-se umidade relativa do ar a razão (expressa em percentagem) entre o conteúdo do vapor d'água no ar e a pressão máxima do vapor d'água à mesma temperatura. A temperatura do ponto de orvalho é aquela que deve atingir uma massa de ar (mantendo constante seu teor de umidade) para ficar saturada de vapor d'água. É sempre expressa em graus de temperatura e comparada com a temperatura do ar livre para se chegar às condições de umidade. Se o ar é resfriado abaixo do ponto de orvalho, tem início a condensação e parte do vapor d'água se torna líquida.

    Os principais instrumentos para medição da umidade são o higrômetro de cabelo e o psicrômetro. O primeiro compõe-se de um conjunto de fios de cabelo humano, que reage às variações de umidade do ar, esticando-se ou encurtando. Esses movimentos atuam sobre um ponteiro que se desloca sobre um mostrador. O psicrômetro consiste em dois termômetros de mercúrio com bulbos cilíndricos, um dos quais envolto em tecido de algodão mergulhado em água destilada. A diferença de temperatura entre os dois termômetros dá a medida da umidade do ar. Mediante tabelas especiais, se obtém também o ponto de orvalho, a pressão do vapor d'água e a umidade relativa do ar.

    O processo de transformação da água em vapor -- evaporação -- é afetado por quatro fatores: pressão do vapor d'água à superfície, pressão do vapor do ar, velocidade do vento e salinidade. Há diversos métodos para medir a evaporação, e até estações meteorológicas especiais. O instrumento comumente usado é o evaporímetro, recipiente graduado cheio de água que indica a quantidade evaporada.

    Massas de vapor d'água condensado, as nuvens compõem-se de gotas d'água ou cristais de gelo, cujo diâmetro varia de 0,025 a 0,1mm. Há dez tipos de nuvens segundo a classificação internacional estabelecida em 1896 e revisada periodicamente. De modo geral, os tipos de nuvens que indicam bom tempo são: cirro, cirro-cúmulo, alto-cúmulo e cúmulo. Todos os outros tipos -- cirro-estrato, alto-estrato, estrato-cúmulo, estrato, nimbo-estrato, cúmulo-nimbo -- podem indicar mau tempo presente ou a suceder e, com exceção dos cirros-estratos, ocasionam precipitação. A identificação dos tipos de nuvens requer longo período de aprendizado técnico.

    As principais formas de precipitação são a chuva, a neve e o granizo. O chuvisco, também chamado garoa, precipitação em gotas muito pequenas (diâmetro inferior a 0,5mm), é próprio das nuvens do tipo estrato. Desse mesmo tipo de nuvem provém a neve granulada, precipitação de grãozinhos opacos. O granizo é originário de cúmulo-nimbo, quando a temperatura está atingindo o ponto de congelamento. A quantidade de precipitação pode ser medida pelos pluviômetros e registradores pluviométricos.

    Do ponto de vista meteorológico, é de interesse medir a direção e a intensidade do vento, definido como o ar em movimento horizontal. Os movimentos verticais denominam-se correntes.

    Como simples indicador da direção do vento (aquela de onde ele provém) usa-se o cata-vento. Os anemoscópios registram a direção do vento, e os anemômetros a velocidade. O anemógrafo mostra a velocidade do vento num gráfico.

    A escala mais usada para medir a velocidade do vento é a de Beaufort, de 1805, criada originalmente em função do efeito do vento sobre as velas dos navios e posteriormente adaptada. Segundo ela, são 13 os graus de intensidade do vento, assim ordenados: calmaria, brisa, vento leve, vento fresco, vento moderado, vento regular, vento meio forte, vento forte, vento muito forte, ventania, vendaval, tempestade, furacão ou tufão.

    Tanto para a aviação como para a navegação marítima, a visibilidade é um dado complementar de valor. De modo geral, mede-se a visibilidade horizontal, definida como a distância máxima horizontal na qual os objetos de grande porte ou massa (edifícios, montanhas, torres) podem ser vistos sem o auxílio de instrumentos ópticos. A visibilidade vertical é bem mais importante e define-se como a distância máxima do solo à base da nuvem mais baixa, desde que o céu esteja encoberto. A altura da base de uma nuvem chama-se teto, termo hoje empregado em linguagem comum, mas que oficialmente foi substituído pela expressão "altura da base da nuvem". Há formas diversas de determiná-la: por balões de teto (cheios de gás e controlados de maneira a se elevarem em razão definida), por projetores luminosos (fachos luminosos projetados verticalmente, com a altura da base da nuvem calculada trigonometricamente por meio da elevação angular do instrumento observador) ou pelo medidor eletrônico da base das nuvens (automático, em que a altura do facho vertical é determinada por célula fotoelétrica e o princípio da triangulação luminosa).

    A visibilidade depende também do estado do tempo, principalmente da ocorrência de nevoeiros, neblinas e névoas. A névoa pode ser seca, se a umidade relativa do ar não atinge 85%, e úmida, se excede esse valor.

    A radiação solar é outro fenômeno de grande importância para a meteorologia. A energia necessária para a produção de correntes de ar, tormentas e outros fenômenos atmosféricos procede quase totalmente da radiação eletromagnética emitida pelo Sol e transformada pela superfície terrestre e pela própria atmosfera. A parte que atinge a superfície terrestre denomina-se insolação.

    O instrumento usado na medida da radiação solar é o pireliômetro. Baseia-se no efeito termelétrico, pelo qual o aquecimento diferencial provoca força eletromotriz proporcional à quantidade de radiação recebida. Os dados fornecidos por esse instrumento têm largo uso na arquitetura e na engenharia (iluminação), e servem para botânicos e agricultores, pois o crescimento das plantas decorre essencialmente da quantidade de radiação recebida.

    Massas de ar. Define-se massa de ar como uma grande porção de ar muito espessa e de alguma homogeneidade em sentido horizontal. Em termos de temperatura e umidade, principalmente, as massas de ar contêm propriedades idênticas e variações uniformes. Formam-se sobre áreas uniformes de terra ou de água, com fraca circulação de vento sobre elas.

    As massas de ar podem ser polares e tropicais, conforme venham dos pólos ou das regiões tropicais, e continentais ou marítimas. Geralmente são transportadas para regiões distantes das de sua formação. Assim, o ar tropical, quente e úmido, é transportado para as regiões temperadas e polares, e o ar polar, frio e seco, vai para os trópicos.

    Formação de frentes. Quando uma massa de ar polar e uma massa de ar tropical se encontram, tendem a preservar suas condições físicas em vez de se misturarem livremente. Isso resulta na formação de frentes, ou descontinuidades, em toda a extensão da superfície de encontro, ao longo da qual ocorrem as principais mudanças de tempo.

    A formação de uma frente ou a regeneração e fortalecimento de frentes fracas recebe o nome de frontogênese. Ocorre em regiões onde, pelo sistema de ventos, ocorre uma convergência entre ar frio polar e ar quente tropical. Uma das condições necessárias é um flagrante contraste de temperatura. A frontólise, enfraquecimento ou dissipação das frentes, se dá quando o regime dos ventos favorece a divergência e se torna quase nula a separação de temperaturas.

    Numa frente quente, o ar aquecido, mais leve, se eleva sobre o ar frio; numa frente fria, o ar quente é deslocado e substituído pelo ar frio. Na área adiante da frente quente ocorre uma queda lenta de pressão, com formação de nuvens altas. Na área dianteira da frente fria, a pressão cai rápida e continuamente e formam-se nuvens médias e baixas.

    Plotagem e análise das cartas sinópticas. A carta sinóptica, ou carta de tempo, serve para fazer a análise do tempo com vistas a sua previsão. A Organização Meteorológica Mundial (OMM) elaborou o sistema-padrão de símbolos para a plotagem de fenômenos e demais dados meteorológicos numa carta sinóptica.

    Os dados sinópticos de superfície e de altitude são lançados na carta sinóptica e procede-se, então, à plotagem das observações de superfície, todas referentes à mesma hora. Em cartas especiais, plotam-se as observações de radiossondas, que dão os índices de temperatura e umidade nos diferentes níveis de altitudes. Além disso, é preciso registrar observações sobre a direção e velocidade do vento nos níveis padrão (850, 700 e 500 milibares). Todos esses dados são básicos para a preparação das cartas de pressão constante, de ventos em altitude etc.

    A configuração das linhas isóbaras em cartas sinópticas permite acompanhar a formação e a evolução das depressões barométricas ou ciclones e, por meio delas, a marcha das massas de ar de suas frentes. As isóbaras são linhas que, num mapa, unem os pontos de igual pressão atmosférica ao nível do mar. Os ventos sopram quase exatamente ao longo das isóbaras, com baixa pressão à direita no hemisfério sul e à esquerda no hemisfério norte.

    Quando as isóbaras aparecem muito juntas umas das outras indicam bruscas variações de pressão; quando estão espaçadas, variações lentas. Se as pressões aumentam do exterior para o centro há indicação de anticiclone; em caso inverso, um ciclone ou depressão barométrica. Um eixo de altas pressões indica uma dorsal, cunha ou crista barométrica. De maneira inversa, um eixo de baixas pressões representa um cavado barométrico. Quando as isóbaras estão paralelas, há uma rampa barométrica. Em regra, nos anticiclones há bom tempo, em virtude da descida de ar das camadas superiores para as inferiores (subsidência). Nos ciclones e cavados impera o mau tempo, devido à convecção.

    As isotermas são as linhas que ligam os pontos (localidades) que apresentam igual temperatura (reduzida ao nível do mar). O exame da distribuição das isotermas no mapa revela a influência dos diferentes fatores que atuam sobre a temperatura: latitude, continentalidade, maritimidade, correntes marítimas etc.

    Meteorologia no Brasil

    Desde a década de 1970, o Instituto de Pesquisas Espaciais (Inpe), em São José dos Campos SP, recebe as informações fornecidas pelos satélites americanos Goes e pelo europeu Meteosat. Complementam essas informações os dados sobre temperatura, umidade, pressão e ventos coletados por radares e estações meteorológicas de superfície, mantidas pelo Departamento Nacional de Meteorologia do Ministério da Agricultura. Com base nesse conjunto de informações era feita a previsão do tempo no país.

    Em 1993, o Brasil lançou o SCD1 (Satélite de Coleta de Dados), inteiramente construído no país e destinado a coletar nove vezes ao dia, com grande confiabilidade, dados sobre marés, índices de chuvas e níveis de poluição atmosférica de sensores espalhados pelo país. Essas informações permitem aos meteorologistas brasileiros fazer previsões de até cinco dias de antecedência, e superar grandemente a marca anterior, de 48 horas. O equipamento, de vida útil de um ano, é substituído periodicamente e, graças a essa inovação, o Brasil passou a contribuir para a rede internacional de informações meteorológicas de que sempre se beneficiou até possuir seu próprio satélite.

     

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