Condensação: Orvalho, Nevoeiro e Nuvens · nevoeiros • Parcela de ar esfria, aumentando a UR...
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CondensaçãoCondensação:: OrvalhoOrvalho,, NevoeiroNevoeiro e e
NuvensNuvens
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CondensaçãoCondensação
• Condensação é a transformação de fase dovapor d’água para água líquida
• A água não condensa facilmente sem umasuperfície presente– Vegetação, solo, construções provêm uma
superfície para a formação de orvalho e geada
– As partículas agem como superfícies para aformação de gotas de nevoeiro e nuvens
OrvalhoOrvalho
• As superfícies esfriamintensamente à noite porresfriamento radiativo– mais intesamente em
situações de céu claro eventos calmos
• O ponto de orvalho é atemperatura na qual o arencontra-se saturado devapor d’água
• Se uma superfície esfria auma temperatura inferior aoponto de orvalho, a águacondensa sobre a superfície egotas de orvalho se formam
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GeadaGeada
• Se a temperatura é mais baixado que o ponto decongelamento, o ponto deorvalho é chamado de pontode congelamento
• Se a temperatura da superfícieé mais baixa do que o pontode congelamento, o vapord’água é depositadodiretamente como cristal degelo– deposição
• Os cristais resultantes sãoconhecidos como geada,geada negra ou geada branca
FormaçãoFormação dede GotasGotas dede Nuvens Nuvens
• Se a Tar < Td UR > 100% o vapor d’água tenderá a condensar e formargotas nuvens/nevoeiro
• A formação das gotículas ocorre sobre partículasconhecidas como núcleos de condensação (NC)
• As partículas higroscópicas são os núcleos decondensação mais efetivos (partículas de sal)
• Sem estas partículas, as nuvens não se formariamna atmosfera– UR de muitas centenas é requerida para que haja
formação de gotas de nuvens com água pura
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Tamanhos TípicosTamanhos Típicos
GotículasGotículas muitomuito pequenaspequenas tendemtendem aa
evaporarevaporar!!
• Pequenas gotas têmgrande curvatura – Efeitoda curvatura
• Grande curvaturaapresenta alta esat deequilíbrio pois aquantidade de moléculasé maior
• Gotas muito pequenasrequerem uma UR muitoalta (supersaturação)– ~300% UR para uma gota
de água pura de 0,1 µm
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NucleaçãoNucleação HomogêneaHomogênea
• A formação de uma gota de água pura sem um núcleo decondensação é chamada de nuclação homogênea
• A colisão aleatória de moléculas de vapor d’água podeformar um pequeno embrião de gota de água– A probabilidade de colisão limita o tamanho do embrião
a < 0,01 µm
• esat para um embrião é equivalente
a muitas centenas de UR– O embrião evapora com uma
UR < 100,5%
EfeitoEfeito do do SolutoSoluto
• A condensção da água sobre NCdissolve a partícula– A água condensa, para a maioria de
partículas de sal, a UR ~ 70%
• Algumas partículas de solutoficam na superfície da gota– Deslocam as moléculas d’água– Reduzem a probabilidade de
moléculas escaparem como vapor– Reduzem esat do valor requerido
para a gota de água pura– Os íons dos sais apresentam uma
forte ligação com as moléculasd’água
molécula d’água
molécula de soluto
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OO efeitoefeito de de curvaturacurvatura e o e o efeitoefeito dodo soluto soluto
Raio da gota (micrometros)
Um
idad
e R
elati
va
%
10-16 g10-14 g
10-15g
Números em
vermelho são a
massa de NC
de sal
Curvas de crescimento de gotas.O pico de cada curva é o pontocrítico de ativação da gota denuvem. Define uma UR críticacorrespondente.
PassosPassos nana formaçãoformação de de nuvensnuvens ee
nevoeirosnevoeiros
• Parcela de ar esfria, aumentando a UR– Resfriamento radiativo à superfície– Expanção no movimento ascendente
• O vapor d’água é depositado sobre NC (décimosde µm) conforme a UR aumenta– Depende do tamanho e da composição da partícula
• Se UR excede um valor crítico, as gotas sãoativadas e crescem prontamente, formando gotasde nuvens (dezenas de µm)
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DeDe ondeonde vêm osvêm os NC? NC?
• Nem todas as partículas atmosféricas são núcleos de condensação denuvens (NCN)
• Bons NCN são higroscópicos• Muitas partículas de sais e de ácidos são encontradas na atmosfera• NCN naturais
– partículas de sal marinho (NaCl)– Partículas produzidas por emissões biogênicas de enxofre– Produtos da queima da vegetação
• NCN de atividades humanas– Poluentes da combustão de materiais fósseis reagem na atmsofera e
formam ácidos e sais– Dióxido de enxofre reage para formar ácido sulfúrico e sais de sulfato de
amônia– Óxidos de nitrogênio reagem para formar ácido nítrico que podem
combinar com amônia e formar partículas de nitrato de amônia
AlgoAlgo maismais
sobresobre NCN NCN
• As nuvens contribuem para aprodução de NCN
– Ingestão de dióxide de enxofre (SO2)nas nuvens
– Reações químicas nas gotas denuvens convertem SO2 dissolvidoem formas solúveis de sulfato
– Quando as gotas de nuvensevaporam, as partículas solúveis desulfato são deixadas na atmosfera
• As conventrações de NCN variamno tempo e no espaço
– Tipicamente 100-1000 por cm3
– Alta em ambientes poluídos
– Altas concentrações de NCNpermitem altas concentrações degotas de nuvens
• Impacto climático destas nuvenscom maior albedo?
SO2
SO2 H2SO4
aerossol sulfato
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NevoeiroNevoeiro
• Nevoeiros são nuvensem contato com o chão
• Alguns tipos denevoeiros formam-secomumente– Nevoeiro de radiação– Nevoeiro de advecção– Nevoeiro de ascenção– Nevoeiro de evaporação e
mistura
NevoeiroNevoeiro de de RadiaçãoRadiação
• Perda de radiação da superfície e condução de calor dascamadas adjacentes diminuem a temperatura do ar próximo aochão
• A camada de ar próxima ao chão torna-se saturada e forma-seentão o nevoeiro
• O nevoeiro se intensifica conforme o resfriamento radiativocontinua no decorrer da noite
• O aquecimento solar aquece o chão e causa a destruição donevoeiro nas camadas próximas ao chão
• Quais as condições meteorológicas que favorecem o nevoeirode radiação?
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NevoeiroNevoeiro de de AdvecçãoAdvecção
• Ar quente move-se (é advectado) sobre uma superfície fria
• A superfície fria esfria o ar quente
• Se a saturação é alcançada, forma-se o nevoeiro
• Comum na costa oeste dos EUA– Ar quente e úmido do Pacífico é advectado sobre as águas frias ressurgentes na costa
– Conforme o ar saturado (nevoeiro) move-se para dentro do continente, o aquecimento solaresquenta a superfície e as camadas adjacentes
• O nevoeiro evapora nas camadas próximas ao chão
– Nevoeiros de advecção na costa da Califórnia são a fonte chave de umidade para avegetação (Redwoods)
OutrosOutros tipostipos de de NevoeiroNevoeiro
• Nevoeiro de ascenção
– Ar úmido sobe numa superfícieinclinada, montnaha ou escarpa.
– Expanção do ar causa oresfriamento e UR aumenta
• Nevoeiro de Evaporação
(mistura)– A mistura de ar quente e
úmido produz a saturação dear mais frio
– Exemplos• Exalar o ar num dia frio
• Evaporação da água de umasuperfície relativamentequente e úmida e suamistura com o ar acima.
• (Smokestack plume,contrails)
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VisibilidadeVisibilidade e e NevoeiroNevoeiro
• O espalhamento da luz pelas gotas do nevoeiro (espalhamentogeométrico) degrada a visibilidade, levando a– Fatalidades no trânsito
– Acidentes em aeroportos
• Prevenção– Monitoramento e avisos de nevoeiros (sensores ópticos) - modelos
– Dispersão de nevoeiros (cara e de limitada utilidade)
NuvensNuvens
• As nuvens resultam dasaturação do ar acima dasuperfície
• Elas podem– ser espessas ou finas,
grandes ou pequenas
– Conter gotas de água e/oucristais de gelo
– Formar-se na alta ou baixatroposfera
– Formar-s na estratosfera
• As nuvens influenciam oambiente de várias maneiras:- balanço radiativo,
- ciclo d’água, - processos de poluição, - balanço de cargas no sistema
terra-atmosfera, etc.
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ClassificaçãoClassificação das das NuvensNuvens
• As nuvens são caracterizadas pela altura, aparência edesenvolvimento vertical
– Nuvens altas – 6 – 18 km em latitudes tropicais5 – 13 km em latitudes médias3 – 8 km em latitudes polares
• Principais tipos - Cirrus, Cirrostratus, Cirrocumulus
– Nuvens Médias – 2 – 8; 2 – 7; 2 - 4 km• Principais tipos – Altostratus, Altocumulus
– Nuvens baixas – abaixo de 2000 m• Principais tipos – Stratus, Stratocumulus, Nimbostratus
– Nuvens com desenvolvimento vertical• Principais tipos – Cumulus, Cumulonimbus
Nuvens AltasNuvens Altas
• Nuvens Altas– Branca durante o dia;
vermelha/laranja/amarela duranteo nascer ou pôr do sol
– Composta de cristais de gelo– Cirrus
• Finas• Movem-se de oeste para leste (!)
(em casos particulares)• Indicam bom tempo
– Cirrocumulus• Menos comuns que Cirrus• Aglomerados brancos, pequenos
e arredondados individuais ouem longas linhas
– Cirrostratus• Finas e estratificadas
• Sol e lua claramente vistosatravés delas
• Halo
• Freqüentemente precedemprecipitação
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CirrusCirrus
CirrusCirrus
Cirrus ao nascer do sol
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CirrocumulusCirrocumulus
CirrocumulusCirrocumulus
Cirrocumulus ao pôr do sol
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CirrostratusCirrostratus
Cirrostratus com Halo
ContrailsContrails
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NuvensNuvens MédiasMédias
• Altocumulus– < 1 km de espessura– maior parte é gota d’água– cinza, arredondadas– Diferenças do Cirrocumulus
• maiores• maior contraste
• Altostratus– cinza, azul-cinza– Freqüentemente cobre todo
o céu– O sol ou a lua podem ser
vistos sem ofuscar a vista• Freqüentemente sem
sombras
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AltostratusAltostratus
Alto Stratus Castellanus
AltocumulusAltocumulus
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AltocumulusAltocumulus
Alto Cumulus Radiatus
Alto CumulusAlto Cumulus
Alto Cumulus Undulatus
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Nuvens BaixasNuvens Baixas• Stratus
– Uniformes, cinzas– Parecem nevoeiro que não
alcança o chão– Comumente sem precipitação,
mas chuvisco leve é possível
• Stratocumulus– Nuvens baixas irregulares– Quebra-se (comumente) em
elementos de nuvens– Base mais baixa e maior do
que a do altostratus
• Nimbostratus– Cinza escuro– Chuva ou neve contínua e
moderada– Evaporação da chuva debaixo
da base pode formar stratusfractus
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StratusStratus fractusfractus
OlhandoOlhando abaixoabaixo umauma regiãoregião com com
StratusStratus sobresobre oo AtlânticoAtlântico
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CamadasCamadas dede NuvensNuvens
estratiformesestratiformes
RuasRuas de Stratocumulus de Stratocumulus
Stratus undulatus
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StratusStratus
Uma camada de Stratocumulusvista de cima
NuvensNuvens com com
desenvolvimentodesenvolvimento
verticalvertical• Cumulus
– Flocos de “algodão”– Base plana, topo arredondado
Mais espaçoes entre oselementos de nuvem do queem Stratocumulus
• Cumulonimbus– Nuvem de tempestade– Muito alta, alcança
freqüentemente a tropopausa– Individuais ou agrupadas– Grande energia liberada na
condensação de vapor d’água
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Cumulonimbus com Pileaus
Cumulonimbus com Tornado
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SumárioSumário dos dos TiposTipos de de NuvemNuvem
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ObservaçõesObservações
dede SatéliteSatélite• Os satélite podem ser
– Geostacionários• Monitores fixos em uma
região da Terra
– Órbita Polar• Orbita o polo com a Terra
revolvendo abaixo
• Os satélites observam– nuvens– Vapor d’água– Precipitação– properties da superfície
(temperatura, cobertura deneve, vegetação, TSM, etc)
FotosFotos de de SatéliteSatélite no no VisívelVisível e IV e IV
VisibleIR