Conceito
EstabilidadeTendência de um corpo de voltar à posição inicial depois de deslocado.
No ar, decide-se porDiferença entre a temperatura da parcela de ar e a temperatura do ambiente ao redor.
Essa diferença comanda tanto a formação de nuvens quanto a dispersão de poluentes.
Como a temperatura da parcela muda
Diabático = troca calor com o ambiente › Adiabático = muda a temperatura sem trocar calor algum
Dois pilares da FísicaLei dos gases ideais + Primeira lei da termodinâmica.
Aplicados aSubida do ar › mecanismos que a forçam › três condições de estabilidade estática.
RelacionaPressão, volume e temperatura por uma equação de estado. Ponto de partida da Meteorologia.
| Eq. | Forma | Variáveis |
|---|---|---|
| 5.1 | p·V = m·R·T | p pressão (Pa), V volume (m³), m massa (kg), T temp. absoluta (K), R constante do gás |
| 5.2 | p = ρ·R·T | densidade ρ = m/V |
| 5.3 | p·α = R·T | por 1 kg: volume específico α = 1/ρ (volume de 1 kg de gás) |
Primeira lei — conservação de energia
Eq. 5.4ΔH = P·Δα + cv·ΔT — o calor adicionado se reparte em trabalho (P·Δα) + variação da energia interna / temperatura (cv·ΔT).
Caminho à nuvemResfriar a parcela até o ponto de orvalho/congelamento é o modo mais comum de saturar.
- Diabático: há fornecimento/remoção de calor (condução, evaporação/condensação, radiação); termo ΔH ≠ 0.
- Adiabático: ΔH = 0 › se expande, esfria; se comprime, aquece. Formação de nuvens é o exemplo clássico (parcela sobe › pressão cai › expande › esfria).
Taxas adiabáticas
| Taxa | Valor | Quando |
|---|---|---|
| Seca — Γd (dry) | −1 °C/100 m = −10 °C/km (fixa) | parcela não saturada |
| Úmida — Γw (wet, pseudoadiabática) | ≈ −0,6 °C/100 m = −6 °C/km (não constante) | parcela saturada, a partir do NCL |
NCLNível de condensação por levantamento — altitude em que a parcela satura e o vapor passa a líquido/sólido.
A úmida é menor que a seca porque a condensação libera calor latente, que "freia" o resfriamento. Guardar a ordem Γw (6) < Γd (10) — chave da estabilidade estática.
Para esfriar adiabaticamente e formar nuvem, a parcela precisa antes ser erguida. São quatro mecanismos:
| Mecanismo | Como ergue o ar |
|---|---|
| Convecção livre | de dia a superfície aquece; ar quente menos denso sobe, expande, esfria e condensa no ponto de orvalho |
| Orográfico | cadeia de montanhas força o vento a subir a barlavento (lado de onde sopra o vento), com chuvas intensas |
| Convergência | na baixa pressão o ar flui ao centro; por conservação de massa, tende a subir |
| Frontal | na frente fria, o ar frio mais denso penetra sob o ar quente e o empurra para cima |
Orográfico — sotaventoAo descer a sotavento (lado oposto ao vento) o ar fica mais seco e mais quente; forma nuvens lenticulares.
Frontal — nuvensO ar quente erguido produz cumulus e cumulonimbus. Latim: cumulus = aglomerado, nimbus = chuva forte.
Regra do jogo (parcela × ambiente)
Parcela mais friaque o ambiente › mais densa › desce e volta › atmosfera ESTÁVEL.
Parcela mais quenteque o ambiente › menos densa › continua subindo › atmosfera INSTÁVEL.
TVVTATaxa de variação vertical da temperatura ambiente — perfil real medido por radiossondagem. Compara-se com a adiabática seca (não saturada) ou úmida (saturada).
Sinal: todas as taxas são negativas (T cai com a altura). Logo "menor" quer dizer "cai mais rápido".
Tabela-resumo (°C por 1000 m)
| Condição | Relação das taxas | Exemplo | Parcela |
|---|---|---|---|
| Absolutamente instável | TVVTA < Γd < Γw | −11 < −10 < −6 | sempre mais quente › sobe (seca ou saturada) |
| Condicionalmente instável | Γd < TVVTA < Γw | −10 < −8 < −6 | estável até saturar, depois instável |
| Absolutamente estável | Γd < Γw < TVVTA | −10 < −6 < −4 | sempre mais fria › desce (seca ou saturada) |
| Neutra | TVVTA = Γd ou = Γw | — | nem sobe nem desce |
A condicionalmente instável é a situação mais comum: a instabilidade fica condicionada a a parcela saturar (TVVTA fica entre as duas adiabáticas).
3 ingredientes p/ formar nuvem: mecanismo de levantamento › parcelas instáveis em ascensão › transporte de umidade
OndeQuase sempre limitadas à troposfera; podem conter água líquida, cristais de gelo ou ambos.
Classificação clássica (pela forma)
| Categoria | Característica |
|---|---|
| Cirrus | finas, de cristais de gelo |
| Stratus | dispostas em camadas |
| Cumulus | isoladas, base achatada, formadas por convecção |
| Nimbus | produzem chuva |
Pela altura da base
Altas: Ci, Cs, CcMédias: As, AcBaixas: Cu, St, Sc, NsConvectivas: Cu, Cb
Altura da base × latitudeMuda porque a troposfera é mais espessa nos trópicos e mais rasa nos polos (base alta: tropical 6–18 km, temperada 5–13, polar 3–8).
Gotícula de nuvemDiâmetro médio ~0,02 mm; só vira chuva quando ganha massa para vencer a flutuação térmica que a sustenta.
Dois processos de crescimento: condensação › colisão e coalescência
Por condensação
Sobre núcleos de condensação, para em raio ~20 µm — insuficiente. Precipitação exige gotas com diâmetro > 1 mm. Sozinha, a condensação não produz chuva.
Colisão e coalescência (nuvens quentes)
- Nuvens quentes: topo com temperatura acima de 0 °C (maioria das nuvens baixas dos trópicos).
- Gotas grandes têm velocidade terminal maior › a maior alcança e colide com as menores.
- Após colidir, se juntam = coalescência › gota ainda maior.
Nuvens frias e mistas — processo de Bergeron
FriasTopo abaixo de 0 °C (maioria das médias e altas): cristais de gelo e/ou gotas super-resfriadas.
MistasSó o topo abaixo de 0 °C (ex.: cumulonimbus): líquida embaixo, super-resfriada + gelo no meio, só gelo no topo.
Bergeron (Tor Bergeron, 1891–1977): à mesma temperatura, a pressão de vapor de saturação sobre o gelo é MENOR que sobre a água. O vapor deposita-se no cristal, que cresce, enquanto a gota super-resfriada evapora e encolhe; ao crescer, o cristal cai e colide com outros.
Por que importaQuantidade e distribuição das chuvas definem clima seco ou úmido e, com a temperatura, determinam a vegetação natural.
InstrumentoPluviômetro; o padrão da rede brasileira é o Ville de Paris. Área de captação mínima recomendável: 100 cm².
Altura pluviométrica (Eq. 5.8)h = volume precipitado / área de captação (em mm).
1 mm = 1 L/m² — 1 L espalhado por 1 m² forma lâmina de 1 mm. Ex.: pluviômetro com 52 mm = 52 L/m². Conversão: 1 mm = 0,039 in.