Termodinâmica e Umidade Atmosférica
O calor e a água são o combustível do tempo: à medida que o ar sobe e esfria, o vapor de água condensa e liberta energia, impulsionando as nuvens, tempestades e chuva que a termodinâmica nos permite compreender e quantificar.
Definition
Termodinâmica e umidade atmosférica é o ramo da meteorologia que se ocupa do conteúdo de energia e água do ar, dos processos de expansão, arrefecimento, condensação e evaporação que o governam, e das suas consequências para a estabilidade, nuvens e precipitação.
Scope
Esta área abrange a termodinâmica do ar seco e húmido, a avaliação da estabilidade atmosférica e a convecção que esta permite, a medição e o comportamento da humidade atmosférica, e os processos microfísicos pelos quais as nuvens e a precipitação se formam.
Sub-topics
Core questions
- Como as leis da termodinâmica se aplicam ao ar ascendente e descendente?
- O que determina se a atmosfera é estável ou propensa à convecção?
- Como o conteúdo de vapor de água do ar é medido e expresso?
- Como as gotículas de nuvem e as partículas de precipitação se formam e crescem?
Key theories
- Processos adiabáticos e taxas de lapso
- O ar ascendente expande e arrefece à taxa adiabática seca até à saturação, após o que a libertação de calor latente retarda o arrefecimento para a taxa adiabática húmida, a base para avaliar a estabilidade e o desenvolvimento de nuvens.
- Microfísica das nuvens
- As gotículas de nuvem formam-se em núcleos de aerossol e crescem por condensação e colisão, e através de processos de chuva quente ou gelo tornam-se grandes o suficiente para cair como precipitação.
Mechanisms
Quando uma parcela de ar sobe, expande e arrefece sem trocar calor com o ambiente, num processo adiabático; uma vez que arrefece até à saturação, o vapor de água condensa e liberta calor latente. Se a parcela continua a subir depende de como a sua temperatura se compara com o ambiente, o que define a estabilidade e a convecção. A água condensada forma nuvens, e o crescimento microfísico por condensação, colisão e processos de gelo pode produzir partículas pesadas o suficiente para cair como precipitação.
Clinical relevance
Os princípios termodinâmicos e de umidade sustentam as previsões de nuvens e precipitação, do potencial de trovoadas através de medidas como a energia potencial convectiva disponível, de nevoeiro e geada, e de índices de conforto, tornando-os indispensáveis para a meteorologia operacional e aviação.
History
A termodinâmica do século XIX foi aplicada à atmosfera através do trabalho sobre processos adiabáticos e o desenvolvimento do tefigrama e outros diagramas termodinâmicos; no século XX, Bergeron, Findeisen e outros estabeleceram a microfísica da formação de nuvens e precipitação que completa o campo.
Key figures
- Tor Bergeron
- Walter Findeisen
- Hilding Kohler
Related topics
Seminal works
- wallace2006
- rogers1989
Frequently asked questions
- Por que o ar ascendente arrefece?
- À medida que o ar sobe para uma pressão mais baixa, ele expande, e como a expansão realiza trabalho à custa da energia interna do ar, o ar arrefece mesmo que nenhum calor seja removido, um processo chamado arrefecimento adiabático.
- Por que as nuvens se formam quando o ar sobe?
- O ar ascendente arrefece até atingir a saturação, o ponto em que não pode reter mais vapor de água; o excesso de vapor então condensa-se em pequenas partículas para formar as gotículas ou cristais de gelo que compõem uma nuvem.