Forças agindo para criar vento

Vento pode ser definido como ar em movimento

• Vento se desenvolve como resultado de diferenças espaciais na pressão resultantes de aquecimento diferencial

Formação de vento como resultado de diferenças de temperatura

• Os ventos se deslocam em superfície de regiões de alta pressão para regiões de baixas pressões.

Força Gradiente de Pressão

Pressão AtmosféricaQualquer objeto que possua massa sofre a ação da força de gravidade

Lei de Gravitação Universal de Newton: dois objetos separados no

espaço são atraídos entre si por uma força proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles.

• Na Terra a gravidade pode ser expressa como uma força de aceleração de cerca de 9,8 m/s2.

• A variação vertical da pressão e densidade é muito maior que a variação horizontal e temporal. Para determinar a variação média vertical da pressão, consideremos uma atmosfera idealizada que representa a estrutura média horizontal e temporal da atmosfera, na qual as forças verticais estão em equilíbrio.

•        Analisemos uma coluna vertical de ar com seção reta de área unitária. A massa de ar entre as alturas z e z+dz é

dz, onde é a densidade do ar na altura z.

Massa = dzForça= gdz

• A força gravitacional atuando sobre a camada de ar é gdz, onde g é a aceleração da gravidade na altura z. Supondo que entre a altura z+dz e a altura z a pressão varia dp, a pressão para cima na face inferior é maior que a pressão para baixo na face superior de uma quantidade dp. Portanto, a força vertical resultante sobre a camada, devida ao gradiente de pressão, é para cima e dada por -dp. O equilíbrio exige que:

• ou

• (Equação hidrostática) 

•        Se a pressão na altura z é p(z), temos

•         ou, como p=0:

•   Isto significa que a pressão no nível z é igual ao peso do ar que está acima deste nível na coluna vertical de seção reta com área unitária. Se a massa da atmosfera estivesse uniformemente distribuída sobre o globo, a pressão ao nível do mar (z=0) seria 1013mb (milibares) ou , que é referida como a pressão atmosférica normal.

• VARIAÇÕES HORIZONTAIS

•         A pressão atmosférica difere de um local para outro e nem sempre devido a diferenças de altitude. Quando a redução ao nível do mar é efetuada, a pressão do ar ainda varia de um lugar para outro e flutua de um dia para outro e mesmo de hora em hora.

• Uma massa de ar é um volume enorme de ar que é relativamente uniforme (horizontalmente) quanto à temperatura e à concentração de vapor d’água. Por que algumas massas de ar exercem maior pressão que outras? Uma razão são as diferenças na densidade do ar, decorrentes de diferenças na temperatura ou no conteúdo de vapor d’água, ou ambos. Via de regra, a temperatura tem uma influência muito maior sobre a pressão que o vapor d’ água.

Secção transversal ilustrando a formação de

brisa marítima

Relação entre força gradiente de pressão e vento

Aceleração gradiente de pressão

D = densidade do ar (densidade média do ar na superfície é 1.29 kilogramas por m3)P2 = pressão no ponto 2 em newtons/m2 (N m-2) P1 = pressão no ponto 1 em Newtons/m2 (N m-2)

n = distância entre dois pontos em m

Vento geostrófico

• O ar sob a influência da força gradiente de pressão e da força de Coriolis tende a se mover paralelo à isóbaras em condições onde o atrito é baixo (mais de 1000m acima da superfície da Terra) e as isóbaras são retas. Ventos desse tipo são chamados ventos geostróficos.

Força de Coriolis

Uma vez que o ar está em movimento resultado da força gradiente de pressão, ele sofre deflexão para a direita no HN e para a esquerda no HS resultado da força de Coriolis

Ventos próximos aos Polos irão sofrer uma maior deflexão enquanto que no equador a Força de Coriolis será nula.

A intensidade da força de Coriolis é influenciada pela latitude e velocidade do objeto que está se movendo.

Um vento geostrófico flui paralelo às isóbaras. Neste modelo de fluxo do vento no HN, o vento começa como um fluxo de ar perpendicular às isóbaras sob a influência primária da força gradiente de pressão (PGF). Quando o movimento começa, a força de Coriolis (CF) começa a influenciar o movimento de ar levando-o à defletir para a direita do seu caminho. Esta deflexão continua até que a força gradiente de pressão e a força de Coriolis estão em oposição e em balanço entre si.

O diagrama à direita mostra as duas forças em balanço para produzir o vento geostrófico. Ventos na natureza são raramente geostróficos, a menos dos ventos na troposfera superior que podem ser aproximadamente geostróficos. Isto ocorre porque os ventos são considerados totalmente geostróficos quando as isóbaras são retas e não há outras forças agindo sobre elas – condições muito raras na natureza.

Vento Gradiente

• O vento sobre a superfície da Terra não flui sempre em linhas retas. Em muitos casos os ventos se movimentam ao redor de isóbaras curvas de um centro de alta ou baixa pressão.

• Um vento que sopra ao redor de isóbaras curvas acima do nível de atrito é chamado de vento gradiente. Ventos gradientes são mais complexos que ventos geostróficos porque eles incluem a ação de outra força física. Essa força é conhecida como força centrípeta e está sempre direcionada para o centro de rotação.

3ª Força agindo no ar em movimentoForça centrípeta

Age sobre o ar que está se movendo ao redor de centros de circulação.A aceleração centrípeta cria uma força direcionada a 90º do fluxo do vento e com sentido para o centro de rotação ( p. exemplo, centros de baixas e altas pressões).

4ª ForçaForça de atrito

Essa força está limitada aos primeiros kilometros próximos à superfície, e age no sentido de frear o movimento de ar.

Balanço de forças que criam um vento gradiente no Hemisfério Norte (PGF = força gradiente de pressão; CF = Força de Coriolis; Ce = Força Centrípeta). Neste diagrama, CF = Ce + PGF para a baixa, e PGF = CF + Ce para a alta.

•Ao redor de uma baixa, o vento gradiente consiste da força gradiente de pressão e na força centrípeta agindo em direção ao centro de rotação, enquanto a força de coriolis age no sentido para fora do centro da baixa. No centro de alta pressão, as forças de coriolis e centrípeta estão direcionadas em direção ao centro de alta enquanto a força gradiente de pressão está direcionada para fora.

HN

Isóbaras são quase sempre curvas e com espaçamentos irregulares. Isto muda os ventos geostróficos de forma que eles ficam em balanço de vento gradiente. Eles continuam a soprar paralelos às isóbaras, mas não estão mais em balanço somente pelas forças gradiente de pressão e Coriolis, e não tem a mesma velocidade de ventos geostróficos.

Como a força gradiente de pressão não muda, e todas as forças devem estar em balanço, a força de Coriolis se torna mais fraca. Isto leva a um decréscimo da velocidade do vento em geral.

Esquema mostrando o vento gradiente que representa um balanço entre a força de gradiente de pressão, a força de Coriolis e a força centrífuga.

Vento na Camada de Atrito

Ventos na superfície não sopram exatamente paralelos às isóbaras como nos ventos geostrófico e gradiente. Ao contrário ventos na superfície tendem a cortar as isóbaras em ângulos que variam de 10 a 45º. Próximo à superfície da Terra, o atrito reduz a velocidade do vento que por sua vez reduz a força de Coriolis. Como resultado, a força de Coriolis não está em balanço com a força gradiente de pressão, e o vento sopra cruzando as isóbaras em direçào ou para longe do centro de pressão.

COMO OS VENTOS GERAM MOVIMENTO VERTICAL         Como os ventos (horizontais) se relacionam com o

movimento vertical? Embora o transporte vertical seja pequeno comparado com o movimento horizontal, ele é muito importante para o tempo. Ar ascendente é associado com nebulosidade e

precipitação, enquanto subsidência produz aquecimento adiabático e condições de céu limpo.

Esquema das correntes de ar associados com ciclones e anticiclones.

• DIVERGÊNCIA E CONVERGÊNCIA •         Além das variações de pressão causadas

por variações de temperatura e (com menor influência) por variações no conteúdo de vapor d’água, a pressão do ar pode também ser influenciada por padrões de circulação que causam divergência ou convergência do ar. Suponha, por exemplo, que na superfície da Terra, ventos horizontais soprem rapidamente a partir de um ponto, como mostrado na figura . Esta situação configura divergência de ar (horizontal) pois:

(u, v são componentes zonal e meridional do vento)

• No centro, o ar descendente toma o lugar do ar divergente. Se a divergência de ar na superfície for menor que a descida de ar, então a densidade de ar e a pressão atmosférica aumentam.

ALTAS E BAIXAS

• Após a redução das pressões superficiais ao nível do mar, pode-se traçar mapas de superfície nos quais pontos com mesma pressão atmosférica são ligados por linhas chamadas isóbaras.

• As letras A e B designam regiões com máximos e mínimos de pressão. Por razões apresentadas mais adiante uma alta é geralmente um sistema de bom tempo, enquanto uma baixa é geralmente sistema de tempo com chuvas ou tempestades.