Meteorologia como ciência da atmosfera - Apostilas - Geografia, Notas de estudo de . Universidade Federal da Paraíba (UFPB)
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Osvaldo_864 de Março de 2013

Meteorologia como ciência da atmosfera - Apostilas - Geografia, Notas de estudo de . Universidade Federal da Paraíba (UFPB)

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Apostilas de geografia sobre o conhecimento e a construção de instrumentos de coleta de dados para o registro histórico e previsões meteorológicas.
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Meteorologia

(A ciência da atmosfera)

Preliminares

A meteorologia é a ciência que estuda os fenômenos atmosféricos e está diretamente ligada à prática da astronomia. Para entender como as previsões meteorológicas são feitas e como os dados em que esta ciência se baseia para tais previsões são coletados, vamos estudar alguns dos instrumentos do meteorologista (profissional dedicado à meteorologia).

Os dados coletados por instrumentos simples ganham fundamental importância quando adicionados a outros dados, obtidos por sistemas mais complexos como os radares, balões e satélites meteorológicos, os quais nos fornecem imagens das formações de nuvens sobre a terra em tempo real.

As previsões meteorológicas atuais são feitas por computadores de alta velocidade que analisam um enorme volume de dados históricos e medições recentes, coletadas por milhares de estações espalhadas por todo o mundo, além de dados recebidos via satélites.

Objetivo

Conhecer e construir instrumentos de coleta de dados para o registro histórico e previsões meteorológicas.

Estação meteorológica

Uma estação de coleta de dados meteorológicos é um local adequado e bem planejado, que contém um conjunto de instrumentos aptos a fornecerem: a temperatura, a direção e velocidade dos ventos, os volumes de precipitações, o tempo de insolação, a umidade da atmosfera, a capacidade de evaporação etc.

Os dados da coleta diária e os históricos desses dados de anos anteriores é que nos permitirão fazer comparações e 'arriscar' a prever como se comportará o clima no futuro. Às vezes esta é uma necessidade imediata e a probabilidade de acerto está diretamente ligada à extensão do nosso conhecimento.

Por exemplo,

--- qual é a probabilidade de observarmos o eclipse total do Sol no amanhecer do dia 29 de março de 2006, em Natal-RN?

--- Será que lá chegando o céu não estará totalmente encoberto impossibilitando a mínima visão dos acontecimentos?

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Baseados nos registros dos anos anteriores poderemos decidir fazer, ou não, a longa viagem para observá-lo.

Milhares de pessoas dedicadas, passam anos e anos coletando estes dados sistematicamente para formar a base deste trabalho.

Muitos instrumentos específicos são utilizados e aqui vamos conhecer as características dos mais comuns.

Pluviômetro

Termômetro

Anemômetro

Anemoscópio

Evaporímetro

Psicrômetro

Heliógrafo

Barômetro

Higrômetro

Muitos destes instrumentos podem ser construídos com materiais corriqueiros e nos permitirão obter dados bastante confiáveis se comparados aos registros oficiais.

Uma simples anotação nas nossas agendas de observações poderão nos ajudar no futuro.

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O pluviômetro

Finalidade

O pluviômetro (do latim pluviu= chuva, metru= medir), também conhecido como hietômetro ou udômetro, destina-se a medir a quantidade de precipitação, em forma de chuva, garoa, orvalho, neve ou granizo em uma determinada região.

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Medida da precipitação

A unidade 'generalizadamente' adotada para a medida da "precipitação" é o milímetro, subentendo-se que 1 mm de precipitação corresponde à altura que se eleva 1 litro de água quando homogeneamente distribuída numa base de 1 metro quadrado. Assim, dizer em que tal região houve uma precipitação de "10 mm", significa dizer que (em média), cada 'metro quadrado' dessa região recebeu '10 litros' de água da chuva.

Para medir a chuva, qualquer recipiente de formato cilíndrico ou prismático pode servir. Basta colocar uma latinha ou outro recipiente numa área descoberta. Como a área é constante, podemos medir diretamente (usando uma proveta graduada) quantos milímetros se acumularam dentro do recipiente. Este processo, todavia, tem pouca precisão, podendo gerar erros de 1 ou 2 milímetros (1 ou 2 litros de erro, por metro quadrado; 1 milhão ou 2 milhões de litros de erro, por quilômetro quadrado!).

Um meio mais exato de efetuar a medida é usar uma vasilha de grande diâmetro de 'boca' e medir o volume de água acumulado através do uso de uma proveta. Dividindo o volume de água coletada pela área de captação do recipiente, podemos obter dados com precisão de décimos de milímetro.

Tomemos um exemplo:

Digamos que você usou uma lata de leite em pó, cuja 'boca' tem diâmetro de 10 cm, e recolheu 400 cm3 (medidos com uma proveta) de água durante a chuva 'de ontem'.

De quantos 'milímetros' foi a precipitação?

Primeiro, devemos determinar qual a área da 'boca' da lata. Vamos lembrar, da geometria, que a área do círculo em função do seu raio é dada por Acírculo = .r2 . Como o d mede 10 cm, seu raio será de 5 cm; então:

A'boca' = 3,14 x 52 = 78,5 cm2 . Dividindo-se o volume de água (400 cm3) pela área da 'boca' da lata (78,5 cm2) encontramos 5,095 cm ou 50,95 mm. Essa foi a precipitação da chuva 'de ontem': 50,95 mm.

Nas regiões mais frias o conjunto deve prever um sistema de aquecimento para derreter a neve ou o granizo.

Nas estações meteorológicas são usados pluviômetros padronizados. O mais utilizado no Brasil é o padrão francês, conhecido como "Ville de Paris".

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O termômetro

Finalidade

Medir e registrar as variações de temperatura ao longo do tempo.

Comentários

O termômetro comum apenas nos mostra a temperatura ambiente no momento de sua leitura. Normalmente são usados termômetros de mercúrio ou álcool colorido colocados à sombra em local ventilado. O álcool tem sido preferido por não congelar quando as temperaturas variam abaixo de zero. Tais tipos de termômetros são pouco usados nas estações por não permitirem o registro de dados além do visual.

O mais usado nas estações meteorológicas, é o termômetro registrador de máximas e mínimas, tipo Six-Bellani. Ele registra (por um processo puramente mecânico) as temperaturas máximas e mínimas num intervalo de tempo. É um termômetro de dois ramos, com um pequeno índice de material ferro magnético (Im e IM) dentro do capilar de cada ramo. Os ramos são ligados a bulbos de vidro A e B. Na parte inferior dos ramos temos mercúrio; o bulbo A é completamente preenchido com álcool (colorido, em geral) e o bulbo B, apenas parcialmente, restando uma câmara de vapor de álcool.

Com o aumento da temperatura o álcool (substância termométrica) de A dilata, contorna o índice Im e empurra a coluna de Hg para baixo; no outro ramo o filete de Hg sobe e empurra o índice de ferro IM para cima. Com o resfriamento, o álcool do bulbo A 'encolhe' e a pressão de vapor no bulbo B empurra álcool (que contorna o índice IM) e o Hg para baixo; Hg sobe no ramo da esquerda e leva o índice Im para cima.

Assim, o índice IM permanece indicando a maior temperatura daquele ambiente e Im indicando a menor temperatura. As temperaturas devem ser lidas sempre pela extremidade do índice mais próxima do Hg. No dia seguinte, para "zerar" o dispositivo, basta usar um pequeno ímã para arrastar os índices de encontro ao Hg.

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O anemômetro

Finalidade

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Medir a velocidade do vento e enviar dados.

O anemômetro (do grego anemus= vento) mais preciso é o tipo rotor horizontal de conchas de Robinson. Um rotor com 3 conchas hemisféricas aciona um mecanismo ou uma roda dentada onde é instalado um pick-up eletrônico. A vantagem deste sistema é que ele independe da direção do vento, e por conseguinte de um dispositivo de alinhamento. Este equipamento tinha um custo muito alto, mas as versões modernas com pick-up eletrônico são bem acessíveis. A roda dentada é magnética e induz no pick-up, além dos pulsos de contagem, a corrente gerada no sistema, que carrega um acumulador miniatura e alimenta a base de tempo.

Um dos modelos mais usados atualmente pelas estações meteorológicas instaladas em regiões adversas, como na Antártida, é conhecido como aviãozinho. Dotado de uma hélice para fluxo axial ele pode trabalhar com ventos de até 320 quilômetros por hora. Tem um corpo central que funciona como gerador de sinais e de energia para o indicador de velocidade, e sua 'rabeta', além de manter a hélice na direção do vento, ainda fornece eletronicamente esta direção. Os dados são acumulados em um registrador ou numa memória eletrônica que é descarregada para coletores de dados ou transmitidos à distância.

O modelo mais simples, e menos preciso, mais acessível a amadores é o de deflexão de uma chapinha articulada. Este anemômetro também é conhecido como "anemômetro de Da Vinci", por ter sido concebido pelo famoso cientista italiano. Ele consiste de uma chapinha que é deslocada pelo vento sobre uma escala previamente aferida. Note que a escala varia exponencialmente. Normalmente é montado sob um cata-vento, que provê o alinhamento correto.

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O anemoscópio

Finalidade

Indicar a 'direção' do vento.

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O anemoscópio, cata-vento ou biruta é uma massa pivotada sobre um eixo vertical, dotada de um leme, que se orienta na 'direção' do vento. Sobre o o anemoscópio é colocada uma rosa- dos-ventos para facilitar a leitura. Existem normas de dimensionamento para a sua construção.

Lembre-se que a "direção do vento" é terminologia incorreta para traduzir a "orientação" de onde vem o vento, ou seja, com essa terminologia se pretende informar a direção e o sentido do vento.

Costuma-se usar o anemoscópio como suporte para o anemômetro mais simples, de deflexão.

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O evaporímetro

Finalidade

Avaliar o volume evaporado de um espelho d'água.

O evaporímetro ou tanque evaporimétrico é um reservatório raso, instalado próximo ao pluviômetro, sobre um estrado de madeira. No Brasil usa-se o tanque padrão do U.S. Weather Bureau. Ele é circular com 4 pés de diâmetro (1,22 m) e uma altura de 10 polegadas (25,4 cm) feito de chapa galvanizada. Dentro do tanque é colocado um flutuador preso a um micrômetro.

Para proteção do conjunto existe um quebra ondas, ou "poço tranqüilizador".

O tanque é abastecido até 5 cm da borda e as leituras do micrometro são feitas às 9 horas da manhã de cada dia. Não havendo precipitação, a evaporação diária é dada pela diferença das medidas do micrômetro. No caso de chuva, a medida do pluviômetro deve ser adicionada.

Devido às dimensões o tanque recebe energia pelas laterais e conduzida pela base, além da ação dos ventos na camada de ar saturado. Por este motivo é inserido um "coeficiente de tanque", que vale entre 0,7 e 0,8 para o sudeste do Brasil.

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O psicrômetro

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Finalidade

Medir a quantidade de vapor d'água na atmosfera.

A umidade relativa do ar (U) é medida com um psicrômetro, que consiste em dois termômetros em uma mesma base, um deles envolvido por uma mecha de algodão(gase) embebida com água. Alguns modelos usam ventilação forçada a 2,5 metros por segundo, e uma constante psicrométrica é inserida na fórmula. Os valores são inseridos numa fórmula ou num gráfico e resultam na umidade do ar em relação ao ar saturado de vapor d'água.

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O heliógrafo

Finalidade

O heliógrafo (do grego helius= sol, grafo= escrever) registra os períodos diários de insolação.

O heliógrafo consiste simplesmente em uma esfera de vidro que, como uma lente, concentra os raios solares sobre uma fita de papel gráfico instalada em um alojamento semicircular. O eixo de fixação da esfera é apontado para o pólo, de modo a permitir que o foco formado pelo Sol, no seu percurso anual atinja sempre toda a extensão da fita. O papel gráfico é graduado em horas e frações para permitir a identificação dos períodos de insolação.

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O barômetro

Finalidade

Medir a pressão atmosférica.

Existem basicamente dois tipos de barômetros: os de mercúrio e os aneróides. O mais conhecido barômetro de mercúrio é o de Torricelli, que consiste simplesmente em um tubo de vidro cheio de mercúrio, invertido em uma cuba, também contendo mercúrio. A pressão atmosférica equilibra uma coluna de 760 mm de mercúrio ao nível do mar (1,0132 bar ou 101.325 Pa). Para

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melhorar a precisão é necessário fazer as correções para a temperatura ambiente e aceleração da gravidade local.

Existem modelos que usam a coluna de mercúrio de diferentes maneiras para aumentar a precisão, como os manômetros diferenciais de coluna em U. Nestes barômetros, uma câmara de gás ou ar serve de volume de controle para medir a alteração de pressão medida pela diferença de uma pequena coluna de mercúrio ou outro fluido. Esta coluna ainda pode ser montada inclinada para aumentar a sensibilidade do instrumento.

Os sistemas aneróides usam um micrômetro para medir a deflexão de um diafragma colocado sobre uma cuba de vácuo parcial. Depois de aferidos com um barômetro de mercúrio, estes são os preferidos, pois têm grande sensibilidade e são bastante portáteis. Por este motivo são muito usados em estações móveis e nos altímetros de aviões.

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O higrômetro

Finalidade

Medir diretamente a umidade atmosférica.

O higrômetro é um instrumento que indica diretamente as variações da umidade do ar. Um fio de material higroscópico (do grego higro= umidade, scópio= observar) é usado para acionar o mecanismo do ponteiro. Materiais higroscópicos têm grande afinidade com a umidade e conseguem retirá-la do ar, alterando suas dimensões.

Podemos construir higrômetros usando um fio de cabelo, previamente lavado com detergente para remoção da oleosidade. Basta fixar um extremo no suporte, enrolar o fio sobre o eixo do mecanismo do ponteiro e tracionar a ponta livre com um peso (chumbada) ou uma mola.

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