Massas de Ar e Frentes

1. Massas de Ar e Frentes Lecture 8

2. Massas de Ar • As massas de ar resultam das variações na intensidade do aquecimento, que ocorre próximo à superfície da Terra, assim como da disponibilidade de água. A classificação das massas de ar é baseada nas diferenças de temperatura e umidade. As distribuições verticais de temperatura e de umidade também são importantes para indicar a maneira pela qual as massas de ar formam-se. • Aqui as massas de ar serão classificadas de acordo com a temperatura (polar ou tropical) e com a umidade (marítima ou continental). Os tipos são: • polar continental – cP • polar marítima – mP • tropical marítima – mT • tropical continental – cT

3. Polar Continental (cP)and Continental Arctic/ Antarctic (cA, CAA) A massa de ar polar/arctica continental é : • fria, • seca, • estável, • geralmente rasa (de 3 a 4 Km de profundidade). • A densidade da massa de ar cP/cA cria pressão alta na superfície e um cavado no ar superior, especialmente quando cP/cA desloca-se para latitudes mais baixas. • Precipitação em associação com a massa de ar cP/cA ar é geralmente fraca devido a baixa umidade. • A precipitação é mais comum nas "bordas" da cP/cA, especialmente quando essa massa avanca e substitue mT. • Precipitação ocorrendo dentro de uma massa de ar cP/cA é elevada e dinamicamente induzida. Os mecanismos dinâmicos de movimento ascendente incluem “jet streaks” (vento maximo local no ar superior – nivel do corrente de jato), efeitos isentrópicos e advecção de vorticidade ciclônica. • Temperaturas baixas na superficie e uma camada de limite seco inibe a convecção termodinâmica.

4. z Topo da inversão } } Inversão T • Esta massa de ar origina-se nas regiões polares dos continentes, tais como a Sibéria, o norte do Canadá e a Antártica. É formada pelo processo de resfriamento radiativo e é particularmente fria no inverno. A superfície terrestre perde radiação infravermelha para o espaço e, em virtude da radiação solar incidente, se houver alguma, chegar em ângulo oblíquo na superfície, esta resfria-se. Pelo processo de condução, o ar em contato com a superfície também se resfria. Isto rapidamente estabelece uma taxa de variação vertical de temperatura bastante estável e, eventualmente, uma inversão é criada. • Simultaneamente, no topo da inversão ocorre um resfriamento radiativo devido à divergência do fluxo radiativo, enquanto o resfriamento radiativo prossegue na superfície. Isto resulta num aprofundamento da camada de inversão e, portanto, num aprofundamento de massa de ar. A Figura abaixo ilustra o aprofundamento bem como o resfriamento da massa de ar em função do tempo. O céu deve estar limpo para que o resfriamento radiativo seja significativo.

5. Quando uma massa de ar é deslocada de sua regão de origem, suas características são modificadas pela superfície subjacente. • Considere-se agora o que acontece quando uma massa de ar polar continental, desloca-se em direção ao equador. Em geral, a superfície da Terra é mais quente em latitudes mais baixas, então ocorre aquecimento por baixo. • Isto atua para instabilizar a porção inferior da massa de ar. Se o aquecimento for muito intenso, como pode ser o caso durante o outono, o verão e a primavera ou quando a massa de ar passa sobre regiões constituídas por águas mais quentes, pode ocorrer convecção. • Se houver suprimento de água para o ar, seja por uma superfície úmida ou por um oceano ou lago descongelado, a convecção pode-se fazer visível através das nuvens cumuliformes que se desenvolvem, geralmente do tipo de bom tempo. • Como essa massa de ar é seca e a mistura ocorre à medida que a massa de ar desloca-se em direção ao equador, as visibilidades tornam-se excelentes e o céu de um azul brilhante.

6. Abaixo está uma imagem do GOES-E em 15 de fevereiro de 2007. Observe as bandas de nuvens sobre os Grandes Lagos dos EUA, bem como o desenvolvimento de nuvens fora da Costa Leste, à medida que o ar frio do Canadá, atravessa os Grandes Lagos e, em seguida, sobre o Atlântico ocidental. Muitas destas bandas de nuvens provavelmente produziram neve que aumentou à cobertura de neve já existente resultante de uma tempestade de uma escala sinótica dois dias antes. Ar Frio Grandes Lagos

8. Polar Marítima (mP) • Em geral, a massa de ar polar marítima forma-se sobre áreas oceânicas em latitudes altas e médias. As características gerais desta massa de ar na sua região de origem são: • fria, • úmida, • instável, • profunda (estende-se através da troposfera). •  Quando esta massa de ar atinge a costa oeste de um continente ela começa a perder umidade. No caso das Américas do Norte e do Sul, o ar é forçado a subir extensas cadeias de montanhas. À medida que o ar sobe e se resfria, ocorre condensação que resulta em precipitação abundante. A influência que as características do terreno exercem na formação dos fenômenos meteorológicos locais é chamada efeito orográfico. • No lado leste ou a sotavento das montanhas o ar sofre subsidência e é aquecido por um processo próximo do adiabático seco. Em geral, o ar chega na base das montanhas mais quente e mais seco do que estaria no mesmo nível a balarvento das montanhas. A diferença na temperatura estaria aproximadamente equivalente à quantidade de calor liberado pelo vapor d’água que se condensa à medida que o ar sobe no lado oeste das encostas.

9. Efeito Orográfico Liberação de calorlatente } AquecimentoAdiabáticoSeco Sombra da chuva Precipitaçãomáxima

10. Tropical Marítima (mT) • A massa de ar tropical marítima forma-se sobre águas quentes tropicais ou subtropicais. Uma vez que o calor e a umidade são supridos por baixo, esta massa de ar é caracterizada frequentamente por convecção. Na sua região de origem ela é: • quente, • úmida, • instável, • profunda. • A massa de ar tropical marítima é, geralmente, condicionalmente instável, isto é, a partir do levantamento do ar esta torna-se instável convectivamente e nuvens cumulus crescem rapidamente. • Considere-se uma situação de inverno quando os continentes em latitudes médias e altas são bastante frios. À medida que a massa de ar tropical marítima avança em direção ao pólo sobre o continente mais frio ocorre resfriamento por baixo que resulta em uma mass d ar mais estável e, eventualmente, formação de nevoeiro com baixa visibilidade. Este processo também ocorre em áreas oceânicas. Quando a massa de ar mT move-se sobre águas mais frias, nevoeiros muito densos desenvolvem-se. A Inglaterra é famosa pela sua atmosfera enevoada, principalmente devido a esse mecanismo. • Durante o verão as situações diurnas e noturnas devem ser consideradas separadamente. À noite, a massa de ar é resfriada por baixo e a formação de nevoeiro é comum. Em geral, os nevoeiros de verão tendem a ser menos persistentes e mais rasos que os nevoeiros de inverno. Durante o dia, ocorre forte aquecimento que rapidamente dissipa qualquer nevoeiro presente e serve para aumentar a instabilidade dessa massa de ar instável. Isto resulta em numerosas pancadas e tempestades. O tempo no verão na maior parte do Brasil, particularmente na Região Amazônica, é bastante influenciado por esse tipo de atividade.

11. Tropical Continental (cT) • A massa de ar tropical continental forma-se em regiões desérticas. Suas carcterísticas são: • quente, • seca, • instável, • profunda. • É frequentemente encontrada no Saara, na região oeste dos Estados Unidos e, em algum grau, embora numa forma modificada, sobre o interior do Brasil, Bolívia e Paraguai durante o fim do inverno, antes do início da estação chuvosa.

12. HN Cavado Frio Quente Crista HS Quente Frio Cavado Crista Frentes As massas de ar deixam as suas regiões de origem em resposta às configurações do escoamento em níveis altos e baixos. Tem-se como exemplo o esquema ilustrado na Figura abaixo. As massas de ar frio movem-se em direção ao equador a oeste de um cavado de ar superior.

13. Quando duas massas de regiões diferentes de origem, e portanto com características diferentes, aproximam-se, uma zona de transição desenvolve-se. Em alguns casos esta zona, chamada zona frontal, é bastante abrupta enquanto em outros casos ela pode ser bastante gradual. • Quando o ar frio está avançando e substituindo o ar quente, a borda anterior da zona frontal é marcada por uma frente fria • Na borda posterior de uma zona frontal, quando o ar quente está avançando e substituindo o ar frio, define-se uma frente quente. • Quando nenhuma das massas de ar está avançando, a frente é chamada frente estacionária

14. Zona Frontal Frente Fria Frio Quente Frio Frente Quente Frio Quente Zona Frontal Zona Frontal Frente Estacionária Quente HN

15. Zona Frontal Frio Quente Frente Fria Zona Frontal Quente Frente Quente Quente Frente Estacionária Zona Frontal Frio Frio HS

16. Oclusão Quente Fria Fria B Frente Oclusa

17. Frio L V T T Quente T V Advecção Térmica ≡ –VT HN Advecção Quente T6 > T1 T1 T T2 T3 T4 T5 T6 Advecção Fria

18. Advecção Térmica ≡ –VT HS T6 T5 Quente T4 Advecção Quente T3 T6 > T1 b T2 T T T T1 a a L V b T V Frio Advecção Fria

19. Dados de superfície, tais como os de vento, pressão, tendência de pressão, tempo e temperatura são úteis para localizar frentes numa carta de superfície. • Estes parâmetros são indicadores melhores das frentes durante a tarde e nas primeiras horas da noite, ou seja, quando o aquecimento da Terra pelo Sol “misturou” quaisquer das inversões radiativas existentes no final da noite anterior. • Durante as útimas horas da noite e primeiras horas da manhã, em algumas estações (possivelmente em virtude da topografia), os ventos podem ser calmos e, portanto, as temperaturas serem mais baixas do que se os ventos continuassem a soprar. • Este efeito pode distorcer o campo de temperatura à superfície, dificultando a detecção de frentes fracas. • Neste caso, a equação da espessura torna-se útil. Uma vez que a espessura é dependente da temperatura média da camada, escolhendo-se uma camada suficientemente espessa, as variações à superfície, tais como as descritas acima, não distorcerão o valor de Tm de modo apreciável. Assim sendo, a análise de espessura às 12 UTC é muito útil na análise de frentes à superfície.

20. Características Frontais • Frente Fria – o vento muda de norte/noroeste para sudoeste, sudeste ou sul, acompanhado por um aumento de pressão e queda na temperatura e no ponto de orvalho. Precipitação convectiva pode ocorrer na vizinhança da frente. • FrenteQuente- ventos mudam de leste-sudeste, leste ou leste/nordeste para o norte or noroeste, geralmente acompanhado por um aumento na temperatura e umidade. Precipitação constante e neblina as vezes ocorrem antes da passagem de uma frente quente.

21. Frente Fria Climatologia para a América do Sul • Durante o outono e inverno as frentes frias podem resultar em geadas em latitudes subtropicais. • Frentes frias que se deslocam lentamente podem estar associada com chuvas fortes durante o ano • Incursões de frentes frias em regiões subtropicais ocorrem durante todo o ano.

22. Critérios objectivos para passagens de Frente Frias • Diminuicao na Temperatura em 925-hPa de pelo menos 2C • Aumento na pressão do nível do mar de pelo menos 2 hPa • 925-hPa vento ao sul de pelo menos 2 m/s

23. Climatologia de Frentes Frias: Número Médio Anual

24. Climatologia de Frentes Frias: Número Médio Sazonal

25. Climatologia de Frentes Frias : Mensal

26. Climatologia de Frentes Frias : Mensal

27. Climatologia de Frentes Frias

28. Friagens “Cold-Air Outbreaks” – JFM 1979 Frentes Frias, baseado nos critérios objectivos (linhas pontilhadas)

29. Friagens “Cold-Air Outbreaks”– AMJ 1979 Frentes Frias, baseado nos critérios objectivos (linhas pontilhadas)

30. Friagens “Cold-Air Outbreaks”– JAS 1979 Frentes Frias, baseado nos critérios objectivos (linhas pontilhadas)

31. Friagens “Cold-Air Outbreaks”– OND 1979 Frentes Frias, baseado nos critérios objectivos (linhas pontilhadas)

32. Friagens “Cold-Air Outbreaks” - 1982

33. Friagens “Cold-Air Outbreaks” - 1985

34. Friagens “Cold-Air Outbreaks” - 1986

35. Friagens “Cold-Air Outbreaks” - 1991

36. Friagens “Cold-Air Outbreaks” - 1996

37. Eventos de GeadaSubtropicais • América do Sul e Sul da África • Maio a agosto • Condições necessárias • Evolução Sinótica • Impactos

38. Critérios para casos de geada no Brasil • NCEP/NCAR Reanalysis Temperatura minima em 2 m (Tmin) < 3C Região: 22.5-27.5S, 50-55W (inclui áreas agrícolas em partes do sul e sudeste do Brasil)

39. Tmin para março a setembro de 2000, 2001 e 2002 GeadaPossível Geada forte emmuitasáreas Nota: Precisavalidar os dados de reanálise

40. Possíveiscasos de Geada(casos com Tmin < 0C estão emitalica)

41. Possíveis casos de Geada (cont.)

42. Situação Sinótica - América do Sul Crista Cavado SLP (hPa) • Amplificado padrão de onda, com uma crista sobre o leste do Pacífico e um cavado sobre o Atlântico e sul do Brasil. • Alta intensa na superfície atravessa as montanhas dos Andes e move-se para o norte na região subtropical da América do Sul.

43. Evolução

50. Forte impulso de ar frio para o norte ao longo das encostas leste dos Andes, as vezes cruza o equador.