CURSO DE MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS-UFPE DISCIPLINA MUDANÇAS CLIMÁTICAS E MEIO AMBIENTE Prof. Dr. Lucivânio Jatobá UFPE- Recife, 2020
Autor: Prof. Dr. Lucivânio Jatobá
UFPE- Centro de Biociências Curso de Mestrado Profissional em Ensino de Ciências Ambientais- PROFCIAMB Recife- 2020
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TEXTO PARA ANÁLISE E DISCUSSÃO
O AQUECIMENTO DO AR ATMOSFÉRICO INTRODUÇÃO Neste texto apresentam-se os fundamentos teóricos a respeito do aquecimento do ar atmosférico e seus efeitos. Esse aquecimento será responsável por uma série de outros fenômenos atmosféricos. A radiação solar, como será visto adiante, é a origem de todos os demais elementos do tempo e do clima, daí a ênfase que será dada à insolação. A quase totalidade dos processos atmosféricos demanda a energia que é proveniente do Sol. Tal energia é transferida mediante a radiação do calor sob a forma de ondas eletromagnéticas. 1. A INSOLAÇÃO A insolação é a taxa de energia solar recebida pela superfície terrestre numa unidade de tempo. A insolação é uma função direta, também, da inclinação dos raios solares que incidem sobre essa superfície. Quanto maior o ângulo de incidência , maior será, obviamente, a insolação ( Figura 1) Figura 1. Variação da intensidade da radiação solar (ROC) ao longo do dia
Fonte: https://www.geopalavras.pt/2012/11/a-temperatura-como-resultado-da.html.
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A energia do Sol propaga-se pelo espaço através de ondas. E´ a radiação de ondas curtas (ROC). Mas não é a energia solar que aquece diretamente a atmosfera do planeta. Com relação a esse assunto, BLAIR e FITE (1964) afirmam: O calor da atmosfera e da superfície terrestre, na sua quase totalidade, provém do Sol. As quantidades recebidas da Lua, planetas e estrelas e do interior do globo terrestre são desprezíveis, em comparação com o calor solar, e a evidência desse fato está no aumento da temperatura, durante o dia, sob o efeito da radiação solar , e na queda noturna da temperatura, quando não há Sol, porém, os outros fatores se fazem presentes ( BLAIR e FITE, 1964)
Na figura 2 mostra-se a radiação solar recebida pela superfície terrestre . Essa radiação corresponde ao fluxo de energia emitida pelo Sol, sob a forma de ondas eletromagnéticas, com diferentes frequências, tais como a luz visível, a radiação infravermelha e ultravioleta. Figura 2- Radiação solar média recebida pela superfície terrestre por mês. (Em w/m². ) 1 watts corresponde a um joule por segundo ou à energia usada em um segundo por uma corrente de um ampere que passa entre dois pontos com diferença de potencial de um volt.
Fonte: Google
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A radiação pode ser: direta, que é aquela que vem diretamente do sol, sem ter sofrido nenhuma mudança.; difusa, ou seja , parte da radiação que atravessa a atmosfera, sendo refletida ou absorvida por estas; e refletida, que é aquela modalidade que consiste na reflexão da energia pela superfície terrestre ( também denominada albedo). Embora o potencial do efeito de aumento do albedo na redução das temperaturas de superfície seja indiscutível, há um debate sobre a viabilidade e eficácia do uso do albedo como estratégia passiva para redução tanto do estresse térmico no nível do pedestre como do consumo de energia em climatização em edifícios ( KRÜGER e GONZALEZ,2016)1
A quantidade de radiação solar que atinge a superficie da Terra é emitida pelas ondas eletromagnéticas, com longitude de ondas curtas, daí ser conhecida como “radiação de ondas curtas”. A radiação de ondas curtas (ROC) que a superficie terrestre absorve acaba transformando-se em energia térmica. Essa superficie aquece-se e passa a transmitir energia para a atmosfera. A energia assim transferida denomina-se “radiação de onda longa”, ou ROL ( Figuras 3 e 4). A ROC diminui do Equador para os polos. Respondem por esse fato as seguintes causas: a) a maior quantidade de radiação que é refletida pelo gelo ( albedo); b) nas altas latitudes a ROC incide com ângulos muito pequenos; c) nas áreas de latitudes polares , a ROC atravessa uma maior espessura de ar.
1
Krüger, E. ; GONZALEZ, Dominique Elena. Impactos da alteração no albedo das superfícies no microclima e nos níveis de conforto térmico de pedestres em cânions urbanos. Ambient. constr. vol.16 no.3 Porto Alegre July/Sept. 2016
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Figura 3- Energia de onda longa emitida para o espaço em janeiro de 2007 ( watts/m²) ( Fonte: CPTEC)
Figura 4- Anomalia de radiação de onda longa para janeiro de 2007 (Fonte: CPTEC)
Leia, agora, as considerações técnicas apresentadas pelo CPTEC, relacionadas à situação meteorológica do mês de janeiro de 2007, com base nesses dois mapas anteriores:
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“No campo de anomalia da Radiação de Onda Longa (ROL), destacou-se a ocorrência de anomalias negativas em algumas áreas da Indonésia e norte da Austrália, o que também caracteriza o enfraquecimento do atual fenômeno El Niño . Sobre o Oceano Pacífico Oeste, notou-se o deslocamento para leste da atividade convectiva associada à Zona de Convergência do Pacífico Sul (ZCPS). (...) A parte da Região Norte e a Região Nordeste experimentavam uma fase mais desfavorável à ocorrência de chuvas (anomalias positivas de ROL). Sobre a Região Nordeste, em particular, verificou-se que a anomalia positiva de ROL foi consistente com a permanência dos centros dos vórtices ciclônicos em alto níveis na maior parte do mês (ver seção 4.2), igualmente consistente com a escassez de chuva.” ( Boletim Climanálise, jan. 2007).
Quando há uma anomalia positiva de ROL , significa que há uma nebulosidade mais baixa e, portanto, diminuição da umidade atmosférica e seca ou decréscimo da pluviosidade. Para as regiões tropicais, baixos valores de radiação de onda longa (ROL) registrados pelo satélite no topo da atmosfera terrestre são utilizados para caracterizar regiões de convecção profunda, enquanto que em médias latitudes, similares valores de ROL podem representar nuvens do tipo Stratus (Bomventi et al (2006)2. 2 - A Temperatura do Ar O calor de um corpo equivale à energia calorífica que ele contém. A temperatura é a medida da quantidade de calor desse corpo. A quantidade de calor absorvida por um corpo é proporcional ao calor específico da substância que compõe essa matéria. A radiação de ondas longas ( ROL ) é absorvida pela superfície terrestre. O ar atmosférico, em contato com essa superfície, aquece-se. A camada mais inferior da atmosfera transmite calor para as mais elevadas, em face das correntes de convecção. Em situação normal, as camadas mais inferiores são mais quente que as mais elevadas. Há situações em que esse gradiente térmico é invertido, e as camadas mais superiores passam a ficar, portanto, mais quentes. E´ o que 2
BOMVENTI T. N. et AL. Relação entre a radiação de onda longa, precipitação e temperatura da superfície do mar no oceano atlântico tropical. Rev. Bras. Geof., São Paulo, v. 24, n. 4, p. 513-524, out./dez. 2006
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se conhece como inversão térmica . Nas noites de céu claro, por exemplo, o calor acumulado na superfície terrestre , durante o dia, é irradiado rapidamente, de maneira que a camada mais inferior se resfria antes que a superior. O gradiente térmico vertical corresponde, aproximadamente a 1°C para cada 100m de altitude. Esse é o gradiente adiabático seco. A inversão do gradiente térmico ocorre em condições de grande estabilidade do ar. Numa situação de inversão térmica, ou seja, de estabilidade, a circulação vertical do ar é impedida( Figura 5) . Neste caso, a concentração de poluentes atmosféricos é mais intensa. Figura 5. Situação de inversão térmica
] Fonte:http://www.agrotec.etc.br/downloads/Inversion%20Termica_Pedro%20Daniel%20Leiva _INTA.pdf
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A representação cartográfica da temperatura do ar é feita mediante o emprego de linhas que unem pontos que possuem a mesma temperatura. Essas linhas são as isotermas . As isotermas são um instrumento cartográfico de suma importância para a elaboração de estudos climatológicos e também para o ensino de Geografia. Elas revelam diversos aspectos que acarretam alterações do quadro térmico de uma localidade, região, país ou até continentes. Observe, por exemplo, a figura 6, a seguir. No mapa foram traçadas isotermas de duas estações opostas ( inverno e verão). O traçado é extremamente irregular e muda de configuração de acordo com as estações do ano. Figura 6- Isotermas globais de julho e de janeiro
(Fonte:http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0151-01/capitulos/cap3_1.htm)
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O exame desses dois mapas permite constatar que para uma mesma faixa latitudinal, as isotermas apresentarão maiores valores na área continental que sobre a área oceânica. A distribuição das temperaturas sobre a superfície terrestre é influenciada pelos seguintes fatores: a) relevo, b) latitude, c) correntes oceânicas, d) massas de ar, e) frentes (quentes e frias). Nas figuras 7 e 8 mostra-se o quadro térmico de duas cidades brasileiras: Recife e Curitiba. Figura 7. Quadro térmico da cidade do Recife (PE)
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Figura 8.Quadro térmico da cidade de Curitiba (PR)
Figura 6 - O quadro térmico anual das cidades do Recife e Curitiba . O gráfico inferior corresponde à cidade de Curitiba (PR).
2, A transferência de calor A transferência de calor se dá através de três processos: Condução, Convecção e Radiação ( alguns o chamam também de Irradiação). Esses processos estão esquematicamente representados na Figura 9. Figura 9. As formas de transferência de calor
Fonte: https://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap2/cap2-9.html
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A Condução é o processo pelo qual a energia é transferida de partícula para partícula da matéria. Um corpo que se encontre com temperatura mais elevada e portanto com uma maior agitação das moléculas transfere calor para a matéria vizinha. Esta passa , então, a vibrar mais intensamente. Esse processo obviamente não se consuma no vácuo. A condução ocorre dentro de uma substância ou entre substâncias que estão em contato físico direto. Na condução a energia cinética dos átomos e moléculas (isto é, o calor) é transferida por colisões entre átomos e moléculas vizinhas. O calor flui das temperaturas mais altas (moléculas com maior energia cinética) para as temperaturas mais baixas (moléculas com menor energia cinética). A capacidade das substâncias para conduzir calor (condutividade) varia consideravelmente. Via de regra, sólidos são melhores condutores que líquidos e líquidos são melhores condutores que gases. Num extremo, metais são excelentes condutores de calor e no outro extremo, o ar é um péssimo condutor de calor. Conseqüentemente, a condução só é importante entre a superfície da Terra e o ar diretamente em contato com a superfície. Como meio de transferência de calor para a atmosfera como um todo a condução é o menos significativo e pode ser omitido na maioria dos fenômenos meteorológicos( Extraido de: https://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap2/cap2-9.html )
A Convecção é um importante processo de transmissão de energia para muitos fenômenos meteorológicos e consiste na movimentação de massas fluidas, ocorrendo, portanto, nos gases e nos líquidos. A exemplo da Condução, não se verifica no vácuo. A chamada “circulação convectiva” do ar atmosférico transporta calor, de maneira vertical, da superfície terrestre para a Troposfera, redistribuindo o calor da faixa equatorial para as áreas de altas latitudes, as áreas polares. Um interessante exemplo de consequência desse processo é a formação da nuvem de desenvolvimento vertical ( Cumulo- nimbos, Cb), que causa, às vezes, pesados aguaceiros, acompanhados de relâmpagos e trovões ( Figura 10).
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Figura 10. Nuvem convectiva do tipo Cb
A Radiação é o processo no qual a transferência de calor se dá mediante as ondas eletromagnéticas. Esse processo pode ocorrer no vácuo. Existem materiais que permitem a radiação , sendo denominados de diatérmicos. O ar é diatérmico. Um excelente exemplo de Radiação é a energia solar ( a Radiação de Ondas Curtas – ROC) que chega até a superfície terrestre, já abordado anteriormente neste texto. Questões para discussão 1. O que se pode concluir, do ponto de vista climático, após o exame da Figura 1? 2. Como se dá o aquecimento do ar atmosférico? 3. Suponha duas áreas continentais. A superfície A é um amplo deserto. A superfície B é uma vasta área recoberta por florestas latifoliadas perenifólias. Em qual das superfícies a ROL é mais intensa? Por que? 4. Faça uma análise comparativa das Figuras 7 e 8
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5. Explique o porquê dos movimentos convectivos do ar gerarem nuvens de desenvolvimento vertical.