MMPH · Cap.9 Sistemas Atmosféricos

O que cai

FocoSistemas de natureza extratropical: massas de ar, frentes e ciclones extratropicais. Entram também ciclones tropicais, anticiclones e tempestades severas.

FunçãoSão os sistemas que, no dia a dia, mudam o tempo de uma região.

Massas de ar (porções homogêneas) › Frentes (encontro de duas massas) › Ciclones (baixas fechadas) › Anticiclones (altas fechadas) › Tempestades / tornados

Edital 2-A, Área V: item 15 (massas de ar e frentes), 19.2 (ciclones e anticiclones; tropicais e extratropicais), 20 (sistemas de tempo: tempestades severas, tornados, sistemas frontais).

Conceito

DefiniçãoGrande porção horizontal de ar com temperatura e umidade homogêneas.

Região-fonteLugar onde a massa se forma e adquire suas propriedades (atmosfera aquecida de baixo p/ cima + umidade da evaporação).

Região-fonte ideal: (1) área extensa e uniforme (sem topografia irregular nem mistura água/terra); (2) estagnação da circulação (ar fica tempo suficiente).
Depois de formada, a massa migra: modifica o tempo da área que atravessa e tem suas características alteradas pela superfície.

**fig9-1** — Localização das massas de ar no globo (adaptado de GateKeeperX)

Classificação (2 letras)

1ª letra (maiúscula)Latitude → temperatura: Antártica/Ártica (A), Equatorial (E), Polar (P), Tropical (T).

2ª letra (minúscula)Superfície → umidade: marítima (m) e continental (c). Marítima é mais úmida.

Código	Significado
Ac	Antártica/Ártica continental
Ec	Equatorial continental
Pc	Polar continental
Tc	Tropical continental
Em	Equatorial marítima
Pm	Polar marítima
Tm	Tropical marítima

**fig9-2** — Atuação das massas de ar sobre o Brasil e seu impacto no clima (adaptado de IBGE, 2010)

**fig9-3** — Imagem do dia 29 de junho de 2010, às 12:30 UTC, do canal vapor d'água do satélite geoestacionário GOES-12; tons escuros sobre o centro do Brasil indicam massa Tc seca (CPTEC, 2010)

No Brasil: massa Ec domina quase todo o território no verão e se retrai no inverno (só noroeste). No canal vapor d'água: escuro = ar seco, claro = ar úmido.

Zona frontal e frente

Zona frontalFaixa de transição entre duas massas de propriedades diferentes; superfície tridimensional (cúpula entre ar polar e tropical).

FrenteInterseção da superfície frontal com o solo — é o que se desenha nas cartas.

Frontogênese = formaçãoFrontólise = dissipação

Na zona frontal: mínimo de pressão, variações abruptas de temperatura/umidade, ventos fortes que mudam de direção, nebulosidade e precipitação (ascensão do ar no limite).
Dimensões: largura 5–50 km · comprimento 500–5.000 km · altura 3–10 km.

Ocorrem onde há intensos gradientes horizontais de temperatura/umidade → região equatorial (gradientes fracos) é pouco propícia. Tipos: quente, fria, estacionária, oclusa.

Frente quente (1:200)

Ar quente avança sobre superfície antes fria; ar frio recua. Inclinação suave 1:200. Velocidade 25–35 km/h.
Carta: linha vermelha com semicírculos vermelhos apontando para o ar frio.
Ar quente ascende, expande, resfria, condensa. Sequência de nuvens: Ci → Cs → As → Ns → St (Ci a 1.000 km+; St/Ns ~300 km, começa a chuva).

**fig9-4** — Ilustração esquemática de uma frente quente, com a sequência típica de nuvens (Ci, Cs, As, Ns, St) que precede sua chegada (adaptado de Ahrens, 2009)

Precipitação da frente quente cai na dianteira (antes de a frente chegar).

Fenômeno	Antes	Durante	Depois
Temperatura	Aumenta vagaroso	Aumenta	Fica quente
Pressão	Decresce	Mantém-se	Pequeno aumento e decréscimo
Ventos	Quadrante sul	Variáveis c/ rajadas	Quadrante norte
Precip.	Chuva	Chuva	Cessa
Nuvens	Ci,Cs,As,Ns,St	St	Céu claro c/ Sc

**fig9-5** — (A) Ilustração esquemática de uma frente fria e (B) frente fria numa carta sinótica de superfície estendendo-se do sudeste do Brasil ao Atlântico; no interior do continente a frente está estacionária (adaptado de Ahrens, 2009; CPTEC, 2009a)

Frente fria (1:100)

Ar frio avança sobre ar quente. Inclinação 1:100 (mais acentuada). Velocidade 35–50 km/h (mais rápida).
Maior inclinação + maior velocidade → sistema mais severo (gradientes e ventos mais intensos).
Carta: linha azul com triângulos azuis apontando para o ar mais quente. Nuvens: Ac, Cs, Ci (Ci pode indicar chegada da fria).

**fig9-6** — Direção do vento na ocorrência de uma frente fria sobre o hemisfério Sul: de norte antes, de sul após a passagem (adaptado de Celemín, 1984)

**fig9-7** — Imagem de satélite no canal vapor d'água associada ao mapa sinótico da Fig. 9.5B, com pouca nebulosidade no sul do Brasil (CPTEC, 2009b)

Precipitação da frente fria é mais intensa porém menos duradoura que a da quente. Vento muda de norte para sul (HS): quadrante norte antes → sul depois. Retaguarda: alta pressão, ar frio/seco, dias ensolarados.

Fenômeno	Antes	Durante	Depois
Temperatura	Aumenta	Decresce subitamente	Continua a decrescer
Pressão	Decresce	Mínimo	Aumenta
Ventos	Quadrante norte	Variáveis c/ rajadas	Quadrante sul
Precip.	Chuva	Chuva mais forte	Chove e limpa
Nuvens	Ci,Cs	Cu,Cb	Cu,St ou sem

**fig9-8** — (A) Escoamento associado a uma frente estacionária e (B) sua representação num mapa sinótico — triângulos azuis no lado quente, semicírculos vermelhos no lado frio (CPTEC, 2012a)

Frente estacionária

Def.Sem movimento aparente entre dois instantes: não avança nem o frio nem o quente. Pode durar vários dias.

CartaTriângulos azuis de um lado (ar quente) + semicírculos vermelhos do outro (ar frio).

Frente oclusa

Frente fria se sobrepõe à frente quente (ar da retaguarda da fria toma o lugar da dianteira da quente).
Oclusão fria: ar atrás da fria é mais frio que o ultrapassado. Oclusão quente: menos frio.

**fig9-9** — Desenvolvimento de uma oclusão fria e exemplo de sua representação numa carta sinótica; a frente oclusa é indicada pela cor roxa (adaptado de Ahrens, 2009; CPTEC, 2012b)

Frente oclusa = cor roxa na carta sinótica.

O que é um ciclone

Def.Centro de circulação fechada com pressão mais baixa no centro.

GiroHorário no HS, anti-horário no HN.

Ciclogênese = formação/intensificaçãoCiclólise = dissipação

Papel climático: transportam ar quente/úmido p/ latitudes altas e ar frio/seco p/ latitudes baixas (equilíbrio térmico). Famílias: extratropicais, tropicais, subtropicais.

Ciclones extratropicais (latitudes médias)

OndeLatitudes > 30° nos dois hemisférios.

Dois mecanismos (juntos)(1) gradientes horizontais de temperatura em superfície (teoria da frente polar); (2) ondas em médios/altos níveis.

Teoria da frente polar — ciclo de vida (HS)

Frente estacionária (segmento da frente polar) › Onda frontal (ondulação/ciclone incipiente) › Ciclone configurado (12–24 h; isóbaras fechadas, setor quente entre as frentes) › Oclusão (fria alcança a quente; maior intensidade) › Dissipação (poucos dias a >1 semana)

**fig9-11** — Regiões de ocorrência e trajetórias dos ciclones extratropicais (setas pretas) e tropicais (setas brancas); a região em roxo é a de formação de ciclones subtropicais (Profa. Reboita, Unifei)

**fig9-10** — Exemplo de ciclones extratropicais em imagens de satélite (infravermelho): (A) hemisfério Sul, circulação horária, e (B) hemisfério Norte, circulação anti-horária (adaptado de Knapp, 2008)

**fig9-12** — Exemplos de ciclones extratropicais nos hemisférios Sul (circulação horária) e Norte (anti-horária) (adaptado de NOAA, 2010)

Frente polarLimite global semicontínuo entre ar frio polar e ar quente subtropical — zona propícia à gênese.

EnergiaAscensão do ar quente → energia potencial → cinética; condensação → calor latente; divergência em altos níveis induz convergência em superfície.

Ondas em médios/altos níveis

Escoamento como um rio: isóbaras próximas = convergência; afastadas = divergência.
A leste (jusante) de um cavado o ar diverge em altos níveis → ar sobe em superfície → convergência em superfície → contribui p/ ciclogênese.
Ciclone se forma quando coincidem gradientes de temperatura (frentes em superfície) + ondas em 500 hPa (setor de ascensão a leste do cavado).

**fig9-13** — Ciclo de vida de um ciclone extratropical no hemisfério Sul (A a F): frente quente (linha vermelha com semicírculos), frente fria (linha azul com triângulos) e frente oclusa (linha roxa) (adaptado de Celemín, 1984)

**fig9-14** — (A) Regiões de convergência e divergência numa onda em altos níveis da atmosfera e (B) visão tridimensional de uma onda em altos níveis e um ciclone em superfície (adaptado de Ahrens, 2009)

**fig9-15** — Esquema da formação de um ciclone em superfície: linhas pretas = sistemas em superfície, linhas vermelhas = sistemas em 500 hPa; A = alta pressão, B = baixa pressão

**fig9-16** — Densidade de ciclogêneses (número total de ciclones em caixas de 5°×5° de latitude por longitude, dividido pela área e multiplicado por 10⁴) no período de 1990 a 1999 (adaptado de Reboita et al., 2010)

**fig9-17** — Regiões propícias à formação de ciclones tropicais no globo e suas diferentes denominações (furacão, tufão, ciclone) (adaptado de Celemín, 1984)

**fig9-18** — (A) Furacão Elena sobre o golfo do México em setembro de 1985 e (B) perfil vertical esquemático de um ciclone tropical no hemisfério Norte, com olho, parede do olho, cirrus e bandas de precipitação (adaptado de Nasa; The Comet Program, 2011)

**fig9-19** — Sequência de imagens de satélite do ciclo de vida do furacão Catarina, ocorrido no Atlântico Sul em março de 2004 (McTaggart-Cowan et al., 2006)

**fig9-20** — Imagem de satélite do ciclone subtropical Anita, ocorrido no oceano Atlântico Sul em 9 de março de 2010 (Earth Data, 2010)

**fig9-21** — Região propícia à formação de ciclones subtropicais no oceano Atlântico Sul, entre a costa sul e sudeste do Brasil (Gozzo et al., 2014)

HS invertido: cavados/cristas têm configuração oposta à do HN. O que parece crista pode ser cavado. Regra: cavado = sempre a região de MENOR pressão da vizinhança.

Atlântico Sul: 3 regiões de grande frequência de ciclogêneses — costa sul/sudeste do Brasil, costa do Uruguai/extremo sul do Brasil, e costa sudeste da Argentina.

Definição

O que éBaixa pressão em superfície, núcleo quente, ventos intensos, circulação organizada (horária HS, anti-horária HN).

Onde nasceÁguas oceânicas tropicais/subtropicais com TSM > 27 °C.

Denominação	Vento
Depressão tropical	até 61 km/h
Tempestade tropical	62–118 km/h
Furacão/tufão/ciclone	> 119 km/h

Nome por local: furacão = Atlântico e Pacífico Leste · tufão = Pacífico Oeste · ciclone = oceano Índico.

Anatomia do furacão (Ø ~500 km)

Olho: centro calmo, pouca nuvem, ventos ≤ 24 km/h; forma-se quando vento sustentado > 119 km/h (momento angular + força centrífuga).
Parede do olho: cerca o olho a 16–32 km do centro; ventos mais intensos.
Bandas de precipitação: chuva afastada do olho; podem gerar ventos fortes e tornados.

Efeito patinador: conservação do momento angular acelera o giro perto do centro; a força centrífuga (para fora) equilibra o ar que converge → forma a parede do olho. No HN: ventos/bandas anti-horário (ciclônico); cirrus em altitude horário (anticiclônico).

Condições de formação

Águas quentes > 27 °C (HN: jun–nov; HS Austrália/Moçambique: nov–abr).
Força de Coriolis: só em latitudes > 5°.
Instabilidade em toda a troposfera (correntes frias/ressurgência = desfavoráveis).
Pouco cisalhamento vertical do vento.

"Combustível" = calor latente da evaporação oceânica → furacão se autoalimenta, mas é limitado pelo calor latente: corta ao atingir continente ou águas frias → dissipa. Oceanos mais quentes → furacões mais intensos.

Escala Saffir-Simpson (5 categorias)

Cat.	V (m/s)	V (km/h)	P mín (hPa)
1	33–42	119–153	> 980
2	43–49	154–177	979–965
3	50–58	178–209	964–945
4	59–69	210–249	944–920
5	≥ 70	≥ 250	< 920

RegraBaseada na média de 1 min do vento máximo sustentado. Categoria maior → menor pressão central, mais ressacas, prejuízos crescentes.

Nomes: ideia de Clement Wragge (fim do séc. XIX); OMM criou convenções por bacia nos anos 1960 (só femininos → masculinos nos anos 1970). março/2004: Catarina = 1º furacão registrado no Atlântico Sul.

O que éSistemas híbridos: características de tropicais e extratropicais no ciclo de vida. Latitudes 20°–40° nos dois hemisférios.

EstruturaNúcleo quente em baixos níveis (como tropicais) + núcleo frio em altos níveis (como extratropicais).

Podem nascer subtropicais ou surgir da transição de extratropicais (e evoluir para tropicais; inversa também ocorre).
Em satélite, lembram os extratropicais.

Atlântico Sul: formação entre a costa sul e sudeste do Brasil; estação preferencial = verão. Ex.: subtropical Anita (mar/2010).

Conceito

Def.Centro de circulação fechada com pressão mais alta no centro.

Giro (anticiclônico)Anti-horário no HS, horário no HN — o ar sai do centro e a força de Coriolis deflete (esquerda no HS).

Classificação

Migratórios: eventuais, vida curta 2–3 dias; formam-se a oeste dos cavados (convergência em altitude → ar subside → pressão sobe).
Semipermanentes: persistem quase o ano todo. No HS: 3 no verão (Atlântico Sul, Índico, Pacífico Sul) + um sobre a Austrália no inverno.

**fig9-22** — Pressão ao nível médio do mar (NMM) em 16 de agosto de 2012, às 6 UTC, mostrando anticiclones migratórios e semipermanentes (adaptado de NOAA, s.d.-e)

**fig9-23** — Climatologia da pressão atmosférica ao NMM (em hPa) (A) no verão e (B) no inverno; o ASAS ocupa área maior no inverno (ECMWF, s.d.-b)

Semipermanentes nascem das altas subtropicais (~30°): ar tropical quente ascende, diverge em altitude e subside por volta de 30° (ventos fracos/calmarias).

ASAS (Anticiclone Subtropical do Atlântico Sul): maior no inverno (perto da costa → inibe precipitação no Sudeste); no verão, afastado, transporta umidade do Atlântico ao continente e favorece chuva.

Tempestade

Def.Uma única cumulonimbus (Cb) de grande extensão vertical, ou um aglomerado dessas nuvens.

SeveraProduz muita chuva, raios, trovões, ventos fortes, granizo e às vezes tornados. Supercélula = única Cb que pode passar de 20 km na atmosfera.

Cumulus (aquecimento → ascendentes formam a Cb) › Maduro (surgem descendentes + precipitação) › Dissipação (descendentes dominam, cortam o "combustível")

Critério de tempestade severa (EUA): ventos > 93 km/h, ou granizo > 1,9 cm, ou gera tornado.

Tornados

Diâmetro < 1 km, duração de poucos minutos, ventos 105–450 km/h; grande destruição.
Começa como tuba (nuvem em funil pendendo de Cb); só vira tornado ao tocar a superfície.
Sobre corpos d'água = trombas-d'água.

**fig9-24** — Ciclo de vida de uma nuvem cumulonimbus: (A) estágio de cumulus; (B) estágio maduro; (C) estágio de dissipação (adaptado de Lutgens e Tarbuck, 2010)

**fig9-25** — Exemplo de nuvem cumulonimbus bem desenvolvida, com fortes correntes ascendentes e descendentes (adaptado de Lutgens e Tarbuck, 2010)

Rotação horizontal (cisalhamento vertical, ~30 min antes) › Inclinação do eixo (ascendentes) › Mesociclone (tubo vertical em rotação) › Funil → tornado (toca o solo)

**fig9-26** — Representação esquemática de um tornado (adaptado de Tornados, s.d.)

**fig9-27** — Formação de um tornado: (A) ventos mais intensos em altura geram rotação horizontal; (B) correntes ascendentes inclinam o eixo de rotação; (C) estabelece-se o mesociclone (tubo vertical em rotação); (D) o contato com o solo forma o tornado (adaptado de Lutgens e Tarbuck, 2010)

Formação em supercélula, geralmente no fim da tarde (atmosfera mais instável). Apenas 20% dos mesociclones geram tornados.

Onde~1.000/ano nos EUA (pico 16–21 h). Brasil: RS, SC, PR, SP — em SC, 77 casos entre 1976 e 2000.

Escala Fujita-Pearson

Fujita, 1971: descreve os danos pela intensidade do vento; aceita pelo serviço meteorológico dos EUA em 1973.
Allen Pearson acrescentou distância e amplitude do caminho → escala Fujita-Pearson.
Danos de leves (antenas, folhas) a incríveis (casas arrancadas). F6–F12 (ventos > 143 m/s) = danos inconcebíveis.

**fig9-28** — Localização das regiões propícias à ocorrência de tornados; a maior concentração de círculos vermelhos indica as áreas de maior frequência (adaptado de Aguado e Burt, 2010)

**fig9-29** — Danos causados por tornados de diferentes intensidades segundo a escala Fujita-Pearson (de danos leves a incríveis) (adaptado de Formación..., 2011)