Meteorologia e Climatologia

Meteorologia e Climatologia

(Parte 1 de 10)

Mário Adelmo Varejão–Silva

Recife, Pernambuco

Brasil Julho de 2005

Durante a revolução tecnológica implementada no Instituto Nacional de

Meteorologia (INMET) entre 1994 a 2003, o destino proporcionou, em 1999, um novo encontro com um velho amigo de trabalho, o Dr. Mário Adelmo Varejão-Silva que conhecemos ainda como jovem empolgado Professor da "Escolinha da SUDENE", tão bem estruturada e dirigida por ele na década de 60, para a formação de observadores de estações meteorológicas.

Ao convidá-lo para uma tarefa a ser desenvolvida no INMET, surpreendeume com um inigualável oferecimento: um CD cujo conteúdo era um verdadeiro compêndio de Meteorologia e Climatologia, que tivemos a honra e o privilégio de mandar editá-lo em comemoração aos 90 anos do Instituto, visando beneficiar as novas levas de meteorologistas em formação nas Faculdades do nosso país.

O sucesso do lançamento, em março de 2000, foi rápido, tendo ultrapassado nossas fronteiras, divulgado e oferecido a todos os países de língua portuguesa e espanhola, logo se esgotando. Assim, tivemos de reeditá-lo em junho de 2001, com uma 2ª Edição revisada e hoje igualmente esgotada.

Há três dias, chegou um e-mail do amigo Mário Adelmo, solicitando minha colaboração para apresentar uma nova e inovadora "edição digital" do “Meteorologia e Climatologia”, com distribuição on line, para que todos pudessem ter acesso, inclusive download (texto completo, em formato pdf). Esta edição deverá ser apresentada e divulgada no XIV Congresso de Agrometeorologia, em Campinas (SP), de 18 a 2 próximos.

Antevejo um novo e grande sucesso por esta iniciativa, cujo intuito é continuar ajudando estudantes e profissionais do ramo, própria de indivíduo singular, a quem deixo aqui os agradecimentos em nome das novas gerações.

Salvador, 12 de Julho de 2005.

Augusto Cesar Vaz de Athayde Engº Agrônomo

A versão digital de Meteorologia e Climatologia inclui algumas alterações, especialmente quanto às ilustrações, em relação às primeira (2000) e segunda (2001) edições convencionais, ambas já esgotadas, publicadas no Brasil, por iniciativa do então Diretor do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), Engo. Agrônomo Augusto Cesar Vaz de Athayde.

A idéia de lançar o texto pela INTERNET visa a atender à demanda potencial de muitos alunos do Brasil e demais nações integrantes da Comunidade dos Países de Língua Portuguesa, pois é reconhecidamente difícil o acesso à bibliografia básica em português, tanto em Meteorologia quanto em Climatologia. A única motivação que nos incentivou a concretizar esse lançamento foi tornar mais fácil a árdua atividade inerente à aquisição de conhecimentos por estudantes daqueles países. Nossa recompensa é a convicção que alguns deles encontrarão aqui, gratuitamente, explicação para suas dúvidas mais simples.

Talvez também estejamos contribuindo com docentes da área de Ciências

podermos ser úteis a esses colegas

Atmosféricas, que eventualmente tenham dificuldade em obter figuras, com legendas em português, úteis na abordagem didática de conceitos essenciais para discutir com seus alunos. Ficamos sensibilizados diante da oportunidade de

Sugestões para revisões futuras são muito bem vindas, podendo ser encaminhadas através do endereço eletrônico varejao.silva@uol.com.br.

Esclarecemos que o uso do conteúdo, para fins de ensino-aprendizado, é inteiramente livre. Fica proibida, porém a publicação ou utilização, por qualquer meio, impresso ou digital e a qualquer título ou finalidade, do todo ou parte do conteúdo desta versão digital, sem a citação explícita da fonte [Varejão-Silva, M. A.; Meteorologia e Climatologia, Versão Digital, Recife, 2005] e do site onde foi obtida.

Recife, 15 de julho de 2005

M. A. Varejão-Silva Engo. Agrônomo.

O autor exprime sua profunda gratidão ao amigo e entusiasta da

Meteorologia e da Climatologia, Engo. Agrônomo Augusto Cesar Vaz de Athayde, cuja sensibilidade e capacidade administrativa, quando na direção do INMET, possibilitaram a publicação e divulgação das edições iniciais deste trabalho, em 2000 e 2001.

Deixa também registrados agradecimentos muito especiais, dirigidos ao amigo entusiasta e incansável pesquisador da Agrometeorologia e da Agroclimatologia, Engo. Agrônomo Eduardo Assad, pelo decisivo e irrestrito apoio dado à divulgação desta versão digital.

Finalmente, direciona seus mais sinceros agradecimentos ao amigo colega de trabalho, com vasto e incansável potencial produtivo em Agroclimatologia, Engo. Agrônomo Alexandre Hugo Cezar Barros, pelo dedicado incentivo e pela contribuição direta na montagem da versão do texto final no formato “pdf”.

Mário Adelmo Varejão-Silva Versão digital – Recife, 2005

1. Forma da Terra.

A Terra tem uma forma geométrica muito complexa, condicionada pela topografia bastante irregular de sua superfície, a qual não pode ser rigorosamente descrita por uma expressão matemática simples. Caso se desejasse levar em conta a forma exata da Terra, tanto a representação de sua superfície, como a resolução de medições efetuadas sobre ela, passariam a ser bastante complicadas. Para facilitar o estudo e a representação da Terra é necessário, então, assumir certas hipóteses simplificadoras quanto à sua forma, substituindo-a pela de uma figura geométrica cuja equação matemática seja fácil de resolver. Tais hipóteses não devem introduzir erros grosseiros nos cálculos e sua adoção vai depender do rigor desejado, ou requerido, ao estudo específico que se pretenda realizar.

Como se sabe, cerca de 71% da superfície terrestre é líquida (Chow, 1964).

Esse fato sugere a adoção de uma forma geométrica bem simples para representar a Terra, baseada em duas premissas:

- o planeta estaria totalmente recoberto de água em equilíbrio dinâmico (isto é: a

Terra teria movimentos, mas não ocorreriam marés, ventos, variações de pressão etc., capazes de perturbar o equilíbrio da superfície hídrica);

- sobre a superfície líquida atuaria apenas a força de gravidade (resultante da força de atração gravitacional e da força centrífuga, esta decorrente do movimento de rotação).

Nessas circunstâncias seria obtida uma figura geométrica denominada geóide que, intuitivamente, seria um corpo de revolução, ligeiramente achatado nos pólos, apresentando uma superfície lisa e perpendicular à direção da força de gravidade em todos os pontos. Uma reflexão mais profunda, porém, iria mostrar que essa

Mário Adelmo Varejão-Silva Versão digital – Recife, 2005 figura geométrica não teria uma forma tão simples como poderia parecer à primeira vista, já que a força gravitacional não teria as mesmas características em todos os pontos de sua superfície. De fato, mesmo que fossem levados em conta pontos eqüidistantes do eixo de rotação (onde a força centrífuga teria o mesmo módulo), a força de atração gravitacional poderia variar, pois a massa não é uniformemente distribuída no interior da Terra. Como conseqüência, o módulo da força de gravidade mudaria de ponto para ponto e sua direção não seria necessariamente radial, o que efetivamente ocorre (existem protuberâncias e reentrâncias na superfície definida pelo nível médio dos oceanos). Então, o geóide não constitui uma figura geométrica tão simples como inicialmente poderia parecer e isso dificulta sua adoção como forma fundamental para a Terra.

Tendo em vista não ser fácil exprimir matematicamente a forma real da Terra, procurou-se interpolar um sólido que melhor se aproximasse dela. Em 1924, a União Internacional de Geodésia e Geofísica concluiu que a Terra poderia ser convenientemente representada por um certo elipsóide de revolução, que passou a ser designado como Elipsóide Internacional de Referência (EIR). Características geométricas do EIR e algumas constantes físicas da Terra constam da Tabela I.1. As diferenças entre a Terra e o Elipsóide Internacional de Referência são insignificantes. Sua adoção é recomendada sempre que se queira obter resultados com grande precisão.

O achatamento (f) de um elipsóide de revolução é definido como a razão: f = (a – b)/a (I.1.1) onde a e b representam, respectivamente, os semi-eixos equatorial e polar. Para o EIR f vale 1/297 (Tabela I.1), enquanto que as primeiras observações, realizadas por meio de satélites, já possibilitavam verificar que f = 1/298 para a Terra (Clark, 1973). A diferença é insignificante, mostrando que o Elipsóide Internacional de Referência pode ser utilizado, sem nenhum problema, para representar a forma fundamental da Terra.

O pequeno valor do achatamento da Terra permite, em primeira aproximação, admitir sua esfericidade para muitas aplicações, sem que isso conduza a erros apreciáveis. Por outro lado, verifica-se que a diferença de nível entre o cume da mais alta cordilheira (Monte Evereste, com cerca de 8,8 km) e o fundo do mais acentuado abismo oceânico (Fossa Challenger, com cerca de 1 km) representa, apenas, 0,32% do raio médio da Terra. Por isso, em muitas questões de ordem prática, desprezase, não apenas o achatamento polar do planeta, mas, igualmente, a rugosidade natural de sua superfície, considerando-o uma perfeita esfera, com 6371 km de raio. Por essa mesma razão é comum o emprego da expressão "globo terrestre", para designar a forma da Terra. Também em primeira aproximação, a direção da força da gravidade é considerada radial. Essas hipóteses simplificadoras serão adotadas neste texto.

Mário Adelmo Varejão-Silva Versão digital – Recife, 2005

TABELA I.1

1. Elipsóide Internacional de Referência semi-eixo equatorial (a) 6,378388x106m semi-eixo polar (b) 6,356912x106m raio médio [r = (2a+b)/3] 6,371229x106m achatamento [f = (a – b) / a] 1/297 excentricidade [e = (1– b2 / a2)1/2] 1/148 raio da esfera de mesma área 6,371228x106m raio da esfera de mesmo volume 6,371221x106m comprimento do quadrante equatorial 1,001915x106m comprimento do quadrante meridional 1,000229x106m área total 5,101009x1014 m2 volume total 1,083328x1021 m3

2. Terra achatamento 1/298 massa 5,975x1024kg área total dos oceanos 3,622x1014 m2 área total dos continentes 1,479x1014m2 distância média ao Sol 1,497x1011m excentricidade da média da órbita 0,0167 inclinação do eixo 23o 27' velocidade tangencial média de translação 2,977 x104m s-1 velocidade angular de rotação (Ω) 7,292x10-5 rad s-1 velocidade tangencial média no equador 4,651x102 m s-1 posição aproximada dos pólos magnéticos: Pólo Norte 71o N 96o W Pólo Sul 73o S 156o W

3. Tempo ano solar médio 365,2422 dias solares médios ano sideral 366,2422 dias siderais dia solar médio 24h 3min 56,5 s (tempo sideral médio) dia sideral 23h 56min 4,091 s (tempo solar médio)

FONTE: List (1971).

Mário Adelmo Varejão-Silva Versão digital – Recife, 2005

4 2. Pontos, linhas e planos de referência.

A Terra possui um eixo de rotação (Fig. I.1), cujas extremidades constituem os pólos verdadeiros ou geográficos, Norte (N) e Sul (S). O plano perpendicular àquele eixo, que passa pelo seu centro, divide a Terra em dois hemisférios: o Hemisfério Norte ou Boreal e o Hemisfério Sul ou Austral, contendo os respectivos pólos. Esse plano é denominado plano equatorial e sua interseção com a superfície do globo terrestre constitui uma circunferência: o equador (Fig. I.1).

p e m

Fig. I.1 - Pólos Norte (N) e Sul (S), eixo terrestre (NS), plano do equador (E), equador (e), plano de paralelo (P), paralelo (p), plano de meridiano (M) e meridiano (m).

Planos paralelos ao do equador, que interceptem a superfície do globo terrestre, determinam circunferências de menor raio, chamadas paralelos. Finalmente, semiplanos perpendiculares ao plano do equador e que tenham como limite o eixo terrestre, são ditos planos de meridiano. As interseções destes com a superfície do globo formam semicircunferências conhecidas como meridianos. Cada meridiano se inicia em um pólo e termina no outro (Fig. I.1).

Em torno da Terra pode-se imaginar uma esfera, em cuja superfície estariam projetados todos os astros: a esfera celeste. O seu centro coincide com o do globo terrestre. Nela também podem ser projetados os pólos, os paralelos, os meridianos etc., originando os respectivos pontos, linhas e planos da esfera celeste. Assim, é correto falar em equador celeste, em meridianos celestes etc.

Mário Adelmo Varejão-Silva Versão digital – Recife, 2005

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