MMPH · Cap.6 Pressão e Ventos — Meteorologia (Ynoue)

Definição e unidades

Pressão atm.Peso da coluna de ar por unidade de área sobre uma superfície. Peso (N) = massa (kg) × gravidade (m/s²).

DensidadeMassa num dado volume. Gravidade concentra o ar junto ao solo → atmosfera mais densa na superfície, rareia com a altura.

Unidade baseColuna de área 1 m² → N/m² = pascal (Pa). Livro adota hectopascal (hPa), hecto = 100.

1 hPa › = 100 Pa › = 1 mb (milibar, unidade antiga)

Condições-padrão ao NMM: 273,15 K (0 °C) e 101 325 Pa = 1 013,25 hPa = 1 atm = 760 mmHg.

Barômetro1º instrumento de medir pressão: barômetro de mercúrio, inventado em 1643 por Torricelli (aluno de Galileu). Barógrafo registra a pressão ao longo do tempo.

1.1 Ajuste ao NMM (PNMM)

ProblemaPressão diminui com a altura → não se comparam estações de altitudes diferentes.

Local acima do NMM (alt. +): soma-se incremento à pressão observada.
Local abaixo do NMM (alt. −): subtrai-se valor.
Taxa nas camadas baixas: ~10 hPa a cada 1 000 m.

**fig6-2** — Esquema ilustrativo do barômetro de mercúrio de Torricelli

**fig6-3** — Valores da pressão atmosférica em locais com diferentes altitudes (adaptado de Lutgens e Tarbuck, 2010)

1.2 Equação do estado

p = ρ R T (6.1) — p pressão (Pa), ρ densidade (kg/m³), T temperatura (K), R = 287 J kg−¹ K−¹.

T fixa, ↑ densidade → ↑ pressão.
ρ fixa, ↑ temperatura → ↑ pressão (moléculas colidem com mais força).

**fig6-1** — Concentração das moléculas de ar em direção à superfície terrestre (adaptado de Aguado e Burt, 2010)

**fig6-4** — Modelo da atmosfera em que a densidade do ar permanece constante com a altura (adaptado de Ahrens, 2009)

Conceito-chave 1Coluna menor de ar frio e denso exerce a MESMA pressão à superfície que coluna maior de ar quente (mesmo nº de moléculas). Pressão cai mais rápido com a altura no ar frio.

Conceito-chave 2Em altitude: ar quente ↔ alta pressão; ar frio ↔ baixa. Diferença horizontal de T → diferença horizontal de pressão → origina a força do gradiente de pressão.

1.3 Variação vertical e horizontal

Vertical: pressão decresce com a altitude, mas não uniforme — queda muito mais rápida perto da superfície.
Atmosfera padrão (Tab. 6.1, médias a 45°): NMM ~1 013 hPa/15 °C; a 50 km, 0,798 hPa/−2 °C.

**fig6-5** — Colunas de ar sobre duas cidades: uma coluna menor de ar frio exerce a mesma pressão de uma coluna extensa de ar aquecido (adaptado de Ahrens, 2009)

Dimensão	Faixa de pressão	Distância
Horizontal (ao NMM)	960 – 1 050 hPa (~100 hPa)	milhares de km
Vertical (0 → 50 km)	~1 000 hPa	50 km

**fig6-6** — Variação da pressão com a altitude (adaptado de Strahler e Strahler, 1997)

**fig6-7** — Pressão atmosférica ao NMM em 23 de março de 2010, a 00 UTC (adaptado de NOAA, s.d.)

Diferença vertical é uma ordem de grandeza maior que a horizontal. Para comparar estações, reduzir tudo ao NMM primeiro.

Onde ficamBaixas pressões nas latitudes médias (~50° N/S); altas nos subtrópicos (~30° N/S). Centros = linhas fechadas na carta.

VentoAr em movimento na horizontal. Caracterizado por 2 parâmetros: direção e velocidade. (Movimento vertical tem outro nome.)

2.1 Direção e velocidade

Direção meteorológica indica DE ONDE vem, não para onde vai. Vento de oeste = sopra a partir de oeste.

Rosa dos ventos: 360°, N = 0° (referência), cresce no sentido horário (NE 45°, E 90°...).
Difere do círculo trigonométrico: zero no N (não no E) e cresce horário (trig. cresce anti-horário).

Velocidade em m/s, km/h ou nós (knots, kt). 1 nó = 0,5 m/s = 1,8 km/h. Velocidade zero = calmaria.

RajadaAumento repentino e passageiro da velocidade, com mudança brusca de direção (turbulência, relevo, frentes frias). Por isso a observação usa média de 10 minutos.

VetorVento é grandeza vetorial: segmento orientado (origem, extremidade, direção, sentido, intensidade). Decomposto no plano: componente zonal (u) leste-oeste (eixo x) e meridional (v) norte-sul (eixo y).

Componente	Positiva	Negativa
Zonal (u), x	vento de W p/ E	vento de E p/ W
Meridional (v), y	vento de S p/ N	vento de N p/ S

**fig6-8** — Rosa dos ventos e os pontos cardeais, colaterais e subcolaterais, com seus respectivos valores em graus

**fig6-9** — Comparação entre (A) o círculo utilizado para determinar a direção do vento e (B) o círculo trigonométrico

Escoamento zonal = predomínio L-O › meridional = predomínio N-S

**fig6-10** — Exemplo de um vetor indicando vento de sudoeste (225°); o número 3 m/s representa a intensidade do vetor, isto é, a velocidade do vento

Carta sinópticaDados simultâneos em horários-padrão da OMM (WMO). Direção = traço no ponto; intensidade em barbelas: 1 barbela = 10 kt, meia = 5 kt, triângulo = 50 kt; ≤2 kt sem barbela; calmaria (0 kt) = só um círculo.

**fig6-11** — Representação da direção e da velocidade (barbelas) do vento em uma carta sinótica no hemisfério Sul (adaptado de Varejão-Silva, 2006)

Isógonas = pontos de mesma direção de vento. Isotacas = pontos de mesma intensidade.

3.1 Leis de Newton

1ª lei: corpo em repouso/MRU mantém o estado até uma força atuar.
2ª lei: F = m a (6.2). Refere-se à força resultante; corpo acelera na direção da resultante.

3 forças no vento horizontal: força do gradiente de pressão (FGP), força de Coriolis (FC) e atrito. FGP e FC agem em todos os níveis; atrito só perto da superfície.

3.2 Força do gradiente de pressão (FGP)

IsóbarasLinhas que unem pontos de mesma pressão.

Gradiente (GP)Variação da pressão por distância: GP = Δp / d (6.4). Ex.: 1 020→1 016 hPa em 100 km = 4 hPa/100 km = 0,04 hPa/km; a 50 km dobra (0,08 hPa/km).

Isóbaras afastadas → gradiente fraco › isóbaras próximas → gradiente forte

**fig6-12** — O gradiente de pressão entre os pontos 1 e 2 é 4 hPa em 100 km; a força direcionada da maior para a menor pressão é a força do gradiente de pressão (adaptado de Ahrens, 2009)

FGP = única força capaz de GERAR os ventos. Aponta das altas p/ as baixas, formando ângulo reto (90°) com as isóbaras. Magnitude acompanha o gradiente. FGP = −(1/ρ)(Δp/d) (6.5).

**fig6-13** — Relação entre o gradiente de pressão e a força do gradiente de pressão; as setas vermelhas indicam a magnitude da força, sempre direcionada da maior para a menor pressão (adaptado de Ahrens, 2009)

FGP não atua sozinha: assim que o ar se move, a Coriolis o desvia.

Equilíbrio hidrostático

Relação de forças	Resultado vertical
Gravidade = FGP vertical	equilíbrio (sem aceleração)
Gravidade > FGP vertical	ar desce (subsidente)
FGP vertical > gravidade	ar sobe (ascendente)

**fig6-14** — Coluna atmosférica com uma camada em equilíbrio hidrostático: a força que atua para cima (FGP) é igual à força que atua para baixo (gravidade) (adaptado de Wallace e Hobbs, 2006)

HidrostáticoFGP vertical (p/ cima) ≈ gravidade (p/ baixo), sentidos opostos → camada não se desloca na vertical. Movimentos verticais são bem mais fracos que os horizontais, mas o ar ascendente se associa a tempestades.

3.3 Força de Coriolis (FC)

NaturezaForça fictícia: efeito da rotação da Terra (referencial não inercial). Analogia: plataforma giratória — bola parece desviar do alvo.

**fig6-15** — Carta meteorológica de 29 de agosto de 2016, a 00 UTC; linhas pretas indicam isóbaras ao NMM (a cada 4 hPa) e linhas azuis, a direção e a intensidade do vento (dados ECMWF)

Propriedades da FC:

Corpo em repouso não sofre FC; sem rotação da Terra não haveria FC.
Só muda a direção, nunca a velocidade.
Desvia p/ a direita no H. Norte e p/ a esquerda no H. Sul.
Proporcional à velocidade do vento; aumenta com a latitude — nula no equador, máxima nos polos.

**fig6-16** — Deflexão do vento para a esquerda do movimento no hemisfério Sul e para a direita no hemisfério Norte devido à força de Coriolis (adaptado de Strahler e Strahler, 1997)

**fig6-17** — Deflexão no vento de oeste produzida pelo efeito de Coriolis, (A) no instante inicial e (B) decorridas algumas horas (adaptado de Grimm, 1999b)

A FC NÃO faz a água girar no ralo — só é perceptível após horas de movimento (brisas, ciclones, anticiclones). Numa carta real os ventos ficam paralelos às isóbaras (não a 90°) porque a FC entra após a FGP.

CLPCamada-limite planetária: faixa de ~1 000 m que sofre efeitos imediatos da superfície. ACIMA dela, FGP + FC combinam-se e produzem 2 ventos: geostrófico e gradiente.

4.1 Vento geostrófico

FGP acelera o ar p/ a baixa › FC começa a desviar › velocidade cresce, desvio aumenta › FC iguala FGP › resultante = 0

Vento geostrófico: surge quando FGP = FC (equilíbrio). Escoa em linha reta, paralelo às isóbaras, velocidade constante. No H. Sul deixa as baixas à direita (altas à esquerda).

É aproximação do vento real: melhor longe do equador e acima da CLP.
Perto do equador Coriolis é fraca, o balanço se rompe, geostrófico se afasta do real.
Intensidade segue a FGP: FGP maior → vento mais intenso (analogia: rio corre mais rápido no leito apertado).

**fig6-19** — Comparação entre os escoamentos (A) do vento e (B) da água num rio para o hemisfério Norte (adaptado de Ahrens, 2009)

**fig6-18** — Representação do vento geostrófico para o hemisfério Sul: acima da CLP, o ar inicialmente em repouso acelera até ficar paralelo às isóbaras quando a FGP se equilibra com a FC (adaptado de Grimm, 1999b)

4.2 Vento gradiente

QuandoIsóbaras curvas (células circulares): ciclones/baixas (pressão mínima no centro) e anticiclones/altas (pressão máxima no centro).

Vento gradiente = balanço de 3 forças: FGP + FC + força centrífuga (aparente).

Centrípeta × centrífugaCentrípeta aponta p/ o centro (impede escapar pela tangente). Centrífuga (FCe) é aparente, mesma intensidade, sentido oposto (p/ fora), da inércia da parcela.

Centro (sentido de giro, acima da CLP)	H. Norte	H. Sul
Baixa (ciclone)	anti-horário	horário
Alta (anticiclone)	horário	anti-horário

**fig6-20** — Movimento resultante e forças atuantes (FGP, FC e FCe) em torno de um centro de baixa pressão acima da CLP no hemisfério Norte, ao longo de quatro instantes (A–D) (adaptado de Gradient, s.d.)

BaixaFCe atua contra a FGP (p/ fora) → sentido ciclônico.

AltaFCe atua a favor da FGP → sentido anticiclônico.

5.1 Força de atrito

Nas cartas de superfície os ventos NÃO são paralelos às isóbaras: cruzam-nas das altas p/ as baixas com ângulo < 90° — em média ~30°. Causa: atrito vento × superfície.

Atrito reduz a velocidade › reduz a FC › balanço FGP-FC se rompe › vento cruza as isóbaras rumo à baixa pressão

Acima de 1 000 m: vento paralelo às isóbaras (FGP = FC).
Em altitude o atrito é nulo.

Situação (superfície)	H. Sul	H. Norte
Baixa (ar converge, p/ dentro)	horário	anti-horário
Alta (ar diverge, p/ fora)	anti-horário	horário

**fig6-22** — Efeito do atrito nos ventos em superfície: (A)–(C) hemisfério Sul e (D)–(F) hemisfério Norte; em altitude o efeito é nulo (adaptado de Ahrens, 2009)

**fig6-23** — (A) Mapa meteorológico em superfície com isóbaras e vento (barbelas) num dia de dezembro na América do Sul e (B) escoamento idealizado em torno dos sistemas de pressão no hemisfério Sul (adaptado de Ahrens, 2009)

H. Sul: vento entra e gira horário nas baixas, sai anti-horário nas altas. H. Norte: entra anti-horário nas baixas, sai horário nas altas.

Em superfície o vento converge (entra) na baixa e diverge (sai) da alta. Esse comportamento horizontal liga-se a um movimento vertical.

BaixaAr converge no centro e sobe lentamente; a ~6 000 m começa a divergir em altos níveis. Se a divergência em altura supera a convergência em superfície, a pressão no centro decresce.

AltaProcesso inverso: ar diverge do centro em superfície; em níveis altos o ar converge e desce (subside) p/ repor.

Efeito no tempo: ar ascendente favorece nuvens e chuva; ar subsidente traz céu limpo. Baixas → tempo instável; altas → tempo bom.

Aparente contradição com o equilíbrio hidrostático (§3): este é apenas uma teoria simplificadora; os movimentos verticais existem e originam os sistemas atmosféricos.

**fig6-25** — Centros de alta e baixa pressão e movimentos do ar associados, (A) para o hemisfério Sul e (B) para o hemisfério Norte (adaptado de Ahrens, 2009)