Antes de falarmos sobre a Circulação Geral da Atmosfera é preciso falarmos um pouco da importância da radiação solar e do equilíbrio energético da Terra. A superfície terrestre e a atmosfera obtém a energia através da radiação solar. Sem a radiação solar não haveria vida e nem movimento atmosférico. Entorno de 30% da radiação solar que chega ao planeta é diretamente refletida para o espaço pelo topo da atmosfera (albedo planetário) enquanto 70% é absorvida, sendo deste total três quartos absorvidos pela superfície terrestre (continentes e oceanos) e o restante pela atmosfera (nuvens e gases). A radiação absorvida pela superfície é então reemitida para o espaço, desta vez com comprimento de onda maior, pelo fato da superfície terrestre possuir temperatura menor que a superfície solar, de acordo com a lei de Stefan-Boltzmann. Parte desta radiação terrestre é absorvida por constituintes atmosféricos como Dióxido de Carbono e Vapor d'água, outra parte escapa para o espaço sideral. Essa radiação absorvida aquece a atmosfera e esta posteriormente emite de volta pra superfície terrestre criando um mecanismo conhecido por efeito estufa, responsável por manter a temperatura a níveis seguros para existência da vida.
Figura 1 - Balanço Energético da Terra
A radiação solar que chega a supefície terrestre não incide de maneira igual sobre todo o globo, pelo contrário há mais radiação solar chegando nas regiões tropicais que nos pólos, assim sendo existe mais absorção e portanto mais aquecimento sobre a superfície tropical que sobre a superfície polar (ver figura 2). Até sobre um mesmo circulo de latitude a absorção da radiação pode ser diferente de um local para o outro devido a cor e natureza do solo, presença de corpos d'agua como rios, lagos e oceanos entre outros fatores. Isso faz com que o aquecimento seja diferencial sobre a superfície terrestre. Quando a superfície de um local se aquece o ar adjacente a ela também se aquece fazendo com que haja uma diminuição de densidade e consequentemente de pressão atmosférica sobre esse lugar. Uma vez que há diminuição da densidade, o ar aquecido se expande e faz com que parte dele se desloque pra vizinhança provocando um aumento de pressão nestes locais e por conseguinte uma compressão desse ar, já que é comprimido pelo aumento da pressão. A expansão provoca resfriamento e a compressão aquecimento, o aquecimento produz expansão e como resultado tudo que foi exposto acima. Cria-se assim uma reação em cadeia.
Fig 2 - Saldo líquido de radiação anual
O excesso de radiação solar sobre os trópicos e o déficit sobre os pólos é presente em todo tempo, isso deveria fazer como que a região tropical se aquecesse cada vez mais e a região polar se esfriasse cada vez mais. Entretanto as temperaturas são aproximadamente constantes, indicando que existe um mecanismo compensatório que mantém essa diferença horizontal de temperatura é praticamente a mesma no tempo. Como vimos a diferença de temperatura cria diferenças de pressão, iniciando assim o movimento do ar e dessa forma as circulações. Esses movimentos atuam para manter essa diferença meridional (norte-sul) de temperatura constante na superfície do globo, através das trocas de calor entre Equador e Pólo realizada pela circulação geral da atmosfera e pelas correntes oceânicas. Sendo assim o sistema Terra-Atmosfera é uma grande máquina de calor, como por exemplo a máquina de Carnot vista na termodinâmica clássica. Deveria haver portanto uma grande célula de circulação em cada hemisfério responsável por esta troca meridional de calor. Porém devido a rotação da Terra existe na verdade três grande células em cada hemisfério, como mostra o modelo tri celular de circulação geral, sendo elas: célula de Hadley, célula de Ferrel e célula Polar.
Célula de Haley
O aquecimento sobre o Equador faz com que áreas de baixa pressão se forme sobre essa região. Esse ar aquecido ascende até o topo da troposfera, conhecido como tropopausa, sofrendo expansão e resfriamento a medida que sobe. Não conseguindo romper a tropopausa devido a inversão de temperatura e densidade, sofre uma divergência neste nível indo uma parte em direção ao pólo sul e a outra parte em direção ao pólo norte. Nas redondezas do paralelo 30º de ambos os hemisférios, suficientemente pesado perde sua flutuabilidade e começa descender até a superfície, sofrendo compreensão a medida que desce e por conseguinte aumento de pressão até chegar a superfície onde novamente diverge. Origina assim os cinturões de Altas Pressões Subtropicais Semipermanentes. Uma parte desse ar divergido volta ao equador, sendo de direção sudeste no hemisfério sul denominado vento alísio de sudeste e de direção nordeste no hemisfério norte denominado vento alísio de nordeste, devido a rotação da Terra (efeito Coriolis). Assim os alísios convergem no equador formando um importante sistema meteorológico conhecido como Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) responsável por parte da precipitação anual nessa região. Esse ar que converge novamente ascende e o ciclo se repete formando então uma célula de circulação tropical conhecida como célula de Hadley (em homenagem ao meteorologista inglês George Hadley um dos mentores deste teoria). A outra parte do ar vai em direção ao pólo, sofrendo um desvio pra oeste.
Figura 4 - Esquema de secção vertical da célula de Hadley
Célula Polar
Na região polar há descida incessante do ar, causando um acumulo desse ar e consequente aumento de pressão na superfície. Esse ar diverge em superfície sendo direcionado aos trópicos. Devido ao efeito Coriolis sofre um desvio pra leste sendo chamados de ventos polares de leste. Esses ventos encontram os ventos sudoeste de latitudes médias nas vizinhanças do paralelo 60º e por serem mais densos forçam os ventos sudoeste a subir formando uma zona de baixas pressões conhecida como cinturão de baixas polares. O ar convergido ascende até a tropopausa onde volta a divergir, uma parte voltando para os pólos onde novamente ira descender e o ciclo se repetir. Forma-se assim a célula de circulação conhecida como célula Polar.
Célula de Ferrel
A outra parte do ar que diverge, na alta troposfera sobre o cinturão de baixas polares, irá para o equador descendendo sobre o cinturão de altas pressões subtropicais, nas vizinhanças do paralelo 30º. Após divergir na superfície uma parte voltará em direção ao pólo encontrando os densos ventos de leste, onde novamente serão forçado a subir no cinturão de baixa. O ciclo se repetirá. Forma-se assim a célula de latitudes médias conhecida por célula de Ferrel.
Figura 5 - Modelo Tri-celular
Vejam o gif animado mostrando esquema do modelo tri-celular, pra entenderem melhor:
Fig 6 - Circulação Geral da Atmosfera (animação)
Referência Bibliográfica
Fig 2 - Saldo líquido de radiação anual
O excesso de radiação solar sobre os trópicos e o déficit sobre os pólos é presente em todo tempo, isso deveria fazer como que a região tropical se aquecesse cada vez mais e a região polar se esfriasse cada vez mais. Entretanto as temperaturas são aproximadamente constantes, indicando que existe um mecanismo compensatório que mantém essa diferença horizontal de temperatura é praticamente a mesma no tempo. Como vimos a diferença de temperatura cria diferenças de pressão, iniciando assim o movimento do ar e dessa forma as circulações. Esses movimentos atuam para manter essa diferença meridional (norte-sul) de temperatura constante na superfície do globo, através das trocas de calor entre Equador e Pólo realizada pela circulação geral da atmosfera e pelas correntes oceânicas. Sendo assim o sistema Terra-Atmosfera é uma grande máquina de calor, como por exemplo a máquina de Carnot vista na termodinâmica clássica. Deveria haver portanto uma grande célula de circulação em cada hemisfério responsável por esta troca meridional de calor. Porém devido a rotação da Terra existe na verdade três grande células em cada hemisfério, como mostra o modelo tri celular de circulação geral, sendo elas: célula de Hadley, célula de Ferrel e célula Polar.
Figura 3 - Modelo Tri-celular de Circulação Geral da Atmosfera
Célula de Haley
O aquecimento sobre o Equador faz com que áreas de baixa pressão se forme sobre essa região. Esse ar aquecido ascende até o topo da troposfera, conhecido como tropopausa, sofrendo expansão e resfriamento a medida que sobe. Não conseguindo romper a tropopausa devido a inversão de temperatura e densidade, sofre uma divergência neste nível indo uma parte em direção ao pólo sul e a outra parte em direção ao pólo norte. Nas redondezas do paralelo 30º de ambos os hemisférios, suficientemente pesado perde sua flutuabilidade e começa descender até a superfície, sofrendo compreensão a medida que desce e por conseguinte aumento de pressão até chegar a superfície onde novamente diverge. Origina assim os cinturões de Altas Pressões Subtropicais Semipermanentes. Uma parte desse ar divergido volta ao equador, sendo de direção sudeste no hemisfério sul denominado vento alísio de sudeste e de direção nordeste no hemisfério norte denominado vento alísio de nordeste, devido a rotação da Terra (efeito Coriolis). Assim os alísios convergem no equador formando um importante sistema meteorológico conhecido como Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) responsável por parte da precipitação anual nessa região. Esse ar que converge novamente ascende e o ciclo se repete formando então uma célula de circulação tropical conhecida como célula de Hadley (em homenagem ao meteorologista inglês George Hadley um dos mentores deste teoria). A outra parte do ar vai em direção ao pólo, sofrendo um desvio pra oeste.
Figura 4 - Esquema de secção vertical da célula de Hadley
Célula Polar
Na região polar há descida incessante do ar, causando um acumulo desse ar e consequente aumento de pressão na superfície. Esse ar diverge em superfície sendo direcionado aos trópicos. Devido ao efeito Coriolis sofre um desvio pra leste sendo chamados de ventos polares de leste. Esses ventos encontram os ventos sudoeste de latitudes médias nas vizinhanças do paralelo 60º e por serem mais densos forçam os ventos sudoeste a subir formando uma zona de baixas pressões conhecida como cinturão de baixas polares. O ar convergido ascende até a tropopausa onde volta a divergir, uma parte voltando para os pólos onde novamente ira descender e o ciclo se repetir. Forma-se assim a célula de circulação conhecida como célula Polar.
Célula de Ferrel
A outra parte do ar que diverge, na alta troposfera sobre o cinturão de baixas polares, irá para o equador descendendo sobre o cinturão de altas pressões subtropicais, nas vizinhanças do paralelo 30º. Após divergir na superfície uma parte voltará em direção ao pólo encontrando os densos ventos de leste, onde novamente serão forçado a subir no cinturão de baixa. O ciclo se repetirá. Forma-se assim a célula de latitudes médias conhecida por célula de Ferrel.
Figura 5 - Modelo Tri-celular
Vejam o gif animado mostrando esquema do modelo tri-celular, pra entenderem melhor:
Fig 6 - Circulação Geral da Atmosfera (animação)
Referência Bibliográfica
Figura 1: Balanço Energético da Terra. Disponível em: < http://recursosolar.geodesign.com.br/Pages/Sol_Rad_Basic_RS.html >
Figura 2: Saldo Líquido de Radiação. Disponível em: <http://professormarciosantos3.blogspot.com.br/2014_02_01_archive.html >.
Figura 3: Modelo Tricelular. Disponível em: < http://professormarciosantos3.blogspot.com.br/2014_02_01_archive.html>.
Figura 4: Esquema de secção vertical da célula de Hadley. Disponível em: < https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_de_Hadley>.
Figura 5: Modelo Tri-celular. Disponível em: <http://alunosonline.uol.com.br/geografia/circulacao-atmosferica.html>,
Gif animado Circulação Geral da Atmosfera. Disponível em: < http://geoconceicao.blogspot.com.br/2012/04/circulacao-da-atmosfera.html >
Nenhum comentário:
Postar um comentário