Hidrometeorologia
e
Precipitação
Por
LUCIANO MENESES CARDOSO DA SILVA
Engenheiro Civil
Especialista em Recursos Hídricos da ANA
Doutor em Desenvolvimento Sustentável (UnB - CDS)
M.Sc. Recursos Hídricos (UFRGS - IPH)
Especialista em Saneamento Ambiental (Universidade de Linköping - Suécia)
Slides próprios e obtidos de Tucci, Porto, Ahy e Freitas.
HIDROMETEOROLOGIA
HIDROMETEOROLOGIA
Estuda a água na atmosfera
A atmosfera é dividida em 2 camadas
Alta atmosfera e Baixa atmosfera
A separação ocorre na Estratopausa (≈ 20 km
de altitude)
A Baixa atmosfera possui maior interesse para a
hidrologia
• Subdivide-se em Estratosfera e Troposfera
• A separação ocorre na Tropopausa
HIDROMETEOROLOGIA
Estratosfera: espessura variável e fica acima da
Troposfera
• Contém a subcamada de ozônio (O3)
Troposfera: entre a Terra e a Estratosfera
• Espessura varia de 16 km no Equador a 8 km nos
pólos
• Meio de transporte de massas (água, partículas
sólidas e poluentes) e energia térmica do Sol
HIDROMETEOROLOGIA
Estratopausa
Alta atmosfera
Tropopausa
Estratosfera
Planeta Terra
Troposfera
Baixa atmosfera
Atmosfera
Ilustração sem escala
HIDROMETEOROLOGIA
Tempo e Clima
Tempo: condição da atmosfera em dado lugar e
instante
• Compreende:
temperatura, pressão,
nuvens, precipitação, visibilidade e ventos
• “Agora está chovendo muito!”
umidade,
Clima: é o tempo médio observado ao longo dos
anos
• “Aqui, os invernos são secos e frios”
HIDROMETEOROLOGIA
Temperatura do ar
Medida de sua energia cinética média
• Medida da velocidade média das moléculas
• Temperaturas altas  Velocidades altas das
moléculas  Maior dispersão  Menor densidade
– Recíproca verdadeira para temperaturas baixas
– Ex.: Aquecedor de ar x Congelador de geladeira
Calor ≠ Temperatura
• Calor é a energia no processo de transferência de um
objeto mais quente para um mais frio
HIDROMETEOROLOGIA
Pressão atmosférica ou pressão do ar
É o peso que o ar (atmosfera) exerce sobre
uma superfície
• As moléculas do ar ocupam espaço e têm peso
• Quanto maior a altitude, menor a quantidade de
ar, menor a pressão
Barômetro
• instrumento para medição da pressão do ar
(pressão barométrica)
• Experiência de Evangelista Torricelli (1643)
Barômetro de Torricelli
Pontos de mesma pressão
HIDROMETEOROLOGIA
Ar atmosférico: mistura de gases
Ar seco + vapor d’água
• Ar contém 78% N2, 21% O2 + 1% de vapor d’água e
outros gases
Comportamento
• Temperatura, pressão e a concentração de vapor
d’água diminuem com o aumento da altitude
Umidade atmosférica
Fonte das precipitações
Controla a taxa de evaporação do solo, dos
lagos e a transpiração dos vegetais
HIDROMETEOROLOGIA
Umidade atmosférica
Refere-se unicamente ao vapor d’água. Não
inclui água no estado líquido ou sólido
As variações de temperatura são mais
significativas que as de pressão
Para dada temperatura existe uma quantidade
máxima de vapor d’água que o ar pode conter
(vapor saturante – 100%)
Umidade específica (q)
• Quantidade de vapor d’água em uma massa de ar
• q = (massa de vapor)/(massa de ar)
HIDROMETEOROLOGIA
Umidade atmosférica
Umidade relativa (U%)
• Quantidade de vapor d’água presente em uma massa
de ar dividida pela quantidade máxima possível, a dada
temperatura e dado instante
• U% = (massa de vapor)/(massa máx. de vapor) * 100
• Quando U = 100%, tem-se o vapor saturante
Ponto de orvalho
• Temperatura em que uma massa de ar, isobaricamente
resfriada, atinge a condição de saturação (gotículas)
– Resfriamento isobárico: diminuição da temperatura mantendo
a mesma pressão
HIDROMETEOROLOGIA
Umidade atmosférica
Métodos para medir umidade
• Extração de vapor d’água do ar
– Passa o ar úmido por um dessecante e pesa-o. A diferença de
peso para o dessecante seco é a massa de água contida no ar
• Psicrômetro ou Termômetro de bulbo seco e bulbo
úmido
– A diferença de temperatura entre os dois termômetros indica,
por meio de equações, a umidade
• Higrômetro
– Fibras higroscópicas (cabelo, por exemplo) aumentam de
comprimento quando a umidade relativa cresce
– Mediante calibração, um feixe dessas fibras, ligado a um
ponteiro indicador, pode ser montado para registrar a umidade
relativa
Psicrômetro
Gaze
USP, 2003.
Higrômetro
Feixe de fios higroscópicos (cabelo)
Aumentam com a elevação da umidade
USP, 2003.
HIDROMETEOROLOGIA
Evaporação
Passagem da água do estado líquido para vapor sob o
efeito da energia solar
Fatores
•
•
•
•
Vento
Temperatura da água
Umidade do ar
Presença de massas de água, rios, lagos e oceanos
O vento aumenta a evaporação
A água quente evapora mais rápido que a fria
• Em temperaturas mais altas as moléculas têm velocidade
suficiente para romper a tensão superficial da água e fugirem para
o ar
A presença de sais diminui a evaporação (2 a 3%)
HIDROMETEOROLOGIA
Evaporação
Medição
• Tanque Classe A
USP, 2003.
HIDROMETEOROLOGIA
Evaporação
Medição
• Atmômetro
USP, 2003.
HIDROMETEOROLOGIA
Variação da umidade
relativa do ar e a
temperatura
Com o ar frio da noite, a umidade
aumenta.
Com o calor do dia, a umidade
diminui.
USP, 2003.
HIDROMETEOROLOGIA
Vento
Ar em movimento
• As diferenças de pressão atmosféricas causam o
movimento do ar
• Ex.: Cidades litorâneas não resfriam muito à noite por
conta do vento quente que sopra do mar para a terra
– A água do mar se aquece durante o dia
– A água do mar possui um calor específico maior que o
da terra, por isso leva mais tempo para resfriar
– À noite a terra já esfriou, mas o mar ainda está quente e
aquece o ar próximo
– Esse ar quente gera uma zona de alta pressão que migra
para a zona de baixa pressão (terra)
– A terra recebe ventos de ar quente que vêm do mar e,
por isso, não resfria tanto durante à noite.
ANEMÔMETRO:
Mede a velocidade
do vento
USP, 2003.
HIDROMETEOROLOGIA
Radiação solar ou energia radiante
Energia transferida do Sol para qualquer corpo por meio
de ondas eletromagnéticas
• Viaja em forma de ondas de vários comprimentos
• Libera energia quando são absorvidas por um objeto
USP, 2003.
Heliógrafo
Esfera de cristal que mede
a duração da insolação
local.
USP, 2003.
PRECIPITAÇÃO
PRECIPITAÇÃO
Água líquida ou partícula de gelo grande o
suficiente para cair sobre o solo
O vapor d’água contido na atmosfera constitui
um reservatório potencial de água para
precipitação
As partículas argilosas, orgânicas (pólen),
químicas e sais marinhos funcionam como
núcleos de condensação
Os núcleos mais ativos são partículas de sais
marinhos e de combustão
PRECIPITAÇÃO
Definição: toda água proveniente do meio
atmosférico que atinge a superfície terrestre
Tipos: Convectivas, Orográfica e Frontais ou
ciclônicas
Medição: pluviômetros e pluviógrafos
Grandezas que caracterizam a precipitação
• Altura pluviométrica (mm)
– Totais diários, mensais e anuais
• Duração (minutos, hora)
• Intensidade (mm/hora ...)
• Tempo de recorrência (anos)
DAEE/SP, 2005
Tipos de precipitação
Convectivas
São, geralmente, chuvas de grande intensidade e de pequena duração,
restritas a áreas pequenas. São precipitações que podem provocar
importantes inundações em pequenas bacias.
Orográficas
São chuvas de grande a média intensidade e de grande duração,
que cobrem pequenas áreas.
Frontais ou ciclônicas
São chuvas de grande duração, atingindo grandes áreas com intensidade
média. Essas precipitações podem vir acompanhadas por ventos fortes com
circulação ciclônica. Podem produzir cheias em grandes bacias .
PRECIPITAÇÃO
Formas de precipitação
• Chuva: umidade que cai na direção da terra no
estado líquido
• Neve: cristalização do vapor d’água à temperatura
abaixo de 0 °C
• Granizo: pelotas arredondadas de gelo, ou de gelo
e neve, formada de camadas concêntricas de
densidade e transparência diferentes
• Orvalho: condensação da umidade do ar sobre
superfícies sólidas frias (abaixo do ponto de orvalho)
• Geada: semelhante ao orvalho, mas com ponto de
orvalho abaixo de 0 °C. O vapor d’água passa direto
do estado gasoso para o sólido
– A geada não é o orvalho congelado!
Obtenção de dados de chuva
Estações
pluviométrivas ou
pluviográficas (PLU)
Grandezas
Precipitação
Altura pluviométrica (h)
É a altura média da lamina d’água que recobriria, horizontalmente
toda a área da bacia hidrográfica (uniformemente distribuída).
Unidades: mm, m.
Duração (t)
É o tempo decorrido desde o início até o fim da precipitação.
Unidade: hora , min.
Intensidade (i)
É a velocidade com que se dá a precipitação. Unidade: mm/hora
Freqüência (F)
É o número de vezes que uma certa precipitação ocorre em
relação a um intervalo de tempo fixo.
Pluviometria
Precipitação
É a medida da quantidade de chuva precipitada em um determinado local.
Consiste na medição da altura pluviométrica: pluviômetros e pluviógrafos.
Pluviômetro
é mais utilizado devido à simplicidade de suas instalações e operação. No
pluviômetro é lida a altura total de água precipitada, ou seja, a lâmina
acumulada durante a precipitação, sendo que seus registros são sempre
fornecidos em milímetros por dia.
Pluviógrafo
Precipitação
Registra a intensidade de precipitação, ou seja, a variação da altura de chuva com o
tempo. Consiste de um registrador automático, trabalhando em associação a um
mecanismo de relógio; este imprime rotação a um cilindro, envolvido em papel
graduado, sobre o qual uma pena grafa a altura da precipitação registrada.
Curso Internacional de Medição de Vazão
em grandes rios (Manacapuru/AM, julho/2005)
Pluviômetro
Curso Internacional de Medição de Vazão
em grandes rios (Manacapuru/AM, julho/2005)
Pluviógrafo
Pluviógrafo
Pluviógrafo
Gráfico de linha cuja abscissa
representa a escala de tempo
e a ordenada a altura de precipitação
acumulada
Gráfico de barras cuja abscissa
representa a escala de tempo
e a ordenada a altura de precipitação
PRECIPITAÇÃO
Precipitação média numa área
• Média Aritmética
• Método de Thiessen
• Método das Isoietas
Pm = (P1.A1 + P2.A2 + P3.A3 +P4.A4)/(A1+A3+A3+A4)
Área total:
At = A1+A2+A3+A4
Bacia hidrográfica hipotética
POLÍGONOS DE THIESSEN
Exemplo de Polígonos de Thiessen
(Fonte: Baptista, 1997)
ISOIETAS
2 700
00
23
14
00
1 400
A
20
00
2100
240 0
2 000
00
26
2 50
0
2500
B
D
1700
1 20
0
M 150
0
I
17
160
0
Precipitação Média Anual (mm)
00
17
18
00
1 90
0
Regiões H idrográficas Brasileiras
K
0
1 60
0
140
J
12
L
00
15
00
2 000
90
0
1200
G
140
0
Precipitação Média Brasil = 1800 mm
H
1 10 0
0
900
1500
0
13
00
14
0
16 0
70
0
0
80
00
2000
60
0
1000
0
2 30
00
20
E
1300
21 00
C
1800
2200
1500
19
00
2300
Curvas
Intensidade-Duração-Freqüência