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Micrometeorologia: Exercícios sobre Camada Limite Atmosférica - Prof. Jonas Da Costa Carva, Exercícios de Meteorologia

Universidade Federal de Pelotas (UFPel)Meteorologia
Prof. Jonas Da Costa Carvalho

Uma lista de exercícios sobre micrometeorologia, com foco na camada limite atmosférica (cla). Aborda conceitos como definição da cla, tipos de escoamento, turbulência, temperatura potencial virtual, estabilidade, estrutura da cla, evolução temporal, classificação de fenômenos micrometeorológicos, espectro de energia cinética turbulenta, cascata de energia, importância e aplicações da micrometeorologia, e a diferença entre micrometeorologia e microclimatologia. Os exercícios exploram a compreensão da cla e seus processos, proporcionando uma base sólida para estudos mais aprofundados.

Tipologia: Exercícios

2025

Compartilhado em 09/02/2025

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Micrometeorologia
Lista de exercício 1 - Ynara Aguiar Castro
1. Qual a definição de camada limite atmosférica ?
A Camada Limite Atmosférica ou Camada Limite Planetária é a região da
Troposfera que está mais próxima da superfície terrestre, é consideravelmente
rasa, com uma altura de 1 a 2 km.
2. O escoamento na camada limite planetária pode ser classificado em três
categorias. Quais são estas categorias ? Explique cada uma delas.
Ele pode ser classificado em vento médio, turbulência e ondas.
Vento médio é o responsável pelo transporte rápido na horizontal (advecção).
As ondas são frequentemente observadas na CLP na parte da noite, responsáveis
pelo transporte de calor, umidade e outros escalares como poluentes e são,
contudo, efetivas para o transporte do momentum e energia. Já as turbulências
são perturbações que ocorrem na camada e alteram os movimentos presentes na
CLP.
3. Explique o que é turbulência.
A turbulência é uma perturbação que ocorre no escoamento de um fluido,
fazendo com que suas partículas se misturem de uma forma não linear,
causando movimentações caóticas. Na atmosfera as turbulências acontecem
normalmente na CLP, em nuvens convectivas e em regiões próximas às
correntes de jato, onde ocorrem intensos cisalhamentos de ventos.
4. Como a turbulência na camada limite planetária pode ser gerada ? Explique.
Pode ser gerada de duas maneiras: por convecção e por mecânica.
A turbulência convectiva ou térmica é um fenômeno atmosférico que ocorre
quando há trocas de calor entre camadas de ar próximas à superfície, é causada
por diferenças de temperatura, que geram correntes de ar flutuantes e verticais.
Já a turbulência mecânica ou orográfica surge do atrito gerado pelo escoamento
do ar em diferentes tipos de superfície que apresentam elevações ou rugosidades
como em montanhas e em regiões com edifícios.
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Baixe Micrometeorologia: Exercícios sobre Camada Limite Atmosférica - Prof. Jonas Da Costa Carva e outras Exercícios em PDF para Meteorologia, somente na Docsity!

Micrometeorologia

Lista de exercício 1 - Ynara Aguiar Castro

  1. Qual a definição de camada limite atmosférica? A Camada Limite Atmosférica ou Camada Limite Planetária é a região da Troposfera que está mais próxima da superfície terrestre, é consideravelmente rasa, com uma altura de 1 a 2 km.
  2. O escoamento na camada limite planetária pode ser classificado em três categorias. Quais são estas categorias? Explique cada uma delas. Ele pode ser classificado em vento médio, turbulência e ondas. Vento médio é o responsável pelo transporte rápido na horizontal (advecção). As ondas são frequentemente observadas na CLP na parte da noite, responsáveis pelo transporte de calor, umidade e outros escalares como poluentes e são, contudo, efetivas para o transporte do momentum e energia. Já as turbulências são perturbações que ocorrem na camada e alteram os movimentos presentes na CLP.
  3. Explique o que é turbulência. A turbulência é uma perturbação que ocorre no escoamento de um fluido, fazendo com que suas partículas se misturem de uma forma não linear, causando movimentações caóticas. Na atmosfera as turbulências acontecem normalmente na CLP, em nuvens convectivas e em regiões próximas às correntes de jato, onde ocorrem intensos cisalhamentos de ventos.
  4. Como a turbulência na camada limite planetária pode ser gerada? Explique. Pode ser gerada de duas maneiras: por convecção e por mecânica. A turbulência convectiva ou térmica é um fenômeno atmosférico que ocorre quando há trocas de calor entre camadas de ar próximas à superfície, é causada por diferenças de temperatura, que geram correntes de ar flutuantes e verticais. Já a turbulência mecânica ou orográfica surge do atrito gerado pelo escoamento do ar em diferentes tipos de superfície que apresentam elevações ou rugosidades como em montanhas e em regiões com edifícios.
  1. Explique porque a natureza produz turbulência da camada limite. Porque elementos existentes próximas à superfície, como árvores, prédios e montanhas causam um desvio em partes do escoamento, o que leva a uma desorganização das moléculas do fluido, gerando turbulência.
  2. Explique a hipótese de Taylor. A hipótese de Taylor, ou hipótese de "congelamento do fluxo", é uma suposição usada para estudar turbulência. Ela propõe que, em um fluxo turbulento suficientemente rápido, as estruturas turbulentas (como redemoinhos) são transportadas pelo vento médio sem mudar de forma enquanto passam por um ponto fixo. Isso significa que, ao medir a turbulência em um ponto fixo, pode-se tratar as variações temporais como se fossem variações espaciais sendo "carregadas" pelo fluxo. É como observar folhas boiando em um rio rápido: as folhas mantêm sua forma enquanto passam, permitindo que se analise o padrão sem ter que seguir o fluxo. Essa hipótese é válida apenas quando o vento médio é muito maior que a velocidade das flutuações turbulentas.
  3. Defina temperatura potencial virtual. Temperatura Potencial Virtual é a temperatura que uma massa de ar precisa ter para ascender na atmosfera, levando em conta a variação de umidade.
  4. Qual a diferença entre estabilidade estática e estabilidade dinâmica? Exemplifique. A estabilidade estática refere-se à resposta de uma parcela de ar quando deslocada verticalmente, considerando apenas o gradiente térmico (variação da temperatura com a altura). Já a estabilidade dinâmica refere-se ao comportamento do ar em movimento, considerando não apenas a estabilidade estática, mas também os efeitos do vento (cisalhamento) e forças inerciais.
  5. Descreva detalhadamente a estrutura da camada limite atmosférica e cada uma de suas partes. A Camada Limite Planetária (CLP) exibe diferentes características conforme a altitude, podendo ser categorizada, a partir da superfície, em: Camada Limite Laminar ou Subcamada Interfacial - com apenas alguns milímetros de espessura, onde a difusão molecular desempenha um papel crucial na transferência de calor e massa entre a superfície e o ar.

de cisalhamento e fluxo de calor são parâmetros essenciais nesta região. A Camada de Entranhamento, situada no topo da CLC, atua como a interface entre a Camada de Mistura e a atmosfera livre. Caracterizada por uma inversão de temperatura, ela funciona como uma cobertura que restringe os movimentos verticais na Camada de Mistura. Cerca de meia hora antes do pôr do sol, as circulações convectivas diminuem, resultando no declínio da turbulência na Camada de Mistura. A camada resultante é denominada Camada Residual, apresentando características semelhantes à Camada de Mistura diurna. Essa evolução é influenciada por fatores como radiação solar, convecção, cisalhamento do vento e estabilidade atmosférica, resultando nas distintas subcamadas da camada limite atmosférica previamente descritas.

  1. Baseado no esquema de Orlanski (1971), classifique os fenômenos micrometeorológicos em função do tempo e do espaço. O esquema de Orlanski (1971) classifica os fenômenos meteorológicos em diferentes escalas, considerando o tempo e o espaço. Esses fenômenos ocorrem em escalas de minutos a horas e têm uma extensão espacial típica de metros a alguns quilômetros. Exemplos incluem turbulência, brisas locais, vórtices de pequenas dimensões e processos associados à interação direta entre a superfície e a atmosfera, como o aquecimento local e a evaporação.
  2. Esquematize o espectro de energia cinética turbulenta e detalhe cada uma de suas regiões.

Esta figura demonstra a evolução da Camada Limite Planetária durante 24 h. Ao longo do dia, nota-se a formação da camada de mistura, que ocorre entre o meio dia e o pôr do sol. A camada superficial está abaixo da camada de mistura e a camada de inversão se encontra logo acima. O período de transição é o pôr do sol, onde começa uma camada estável junto à superfície e acima a formação da camada residual, que é remanescente da camada de mistura formada durante o dia. No amanhecer a radiação solar aquece a superfície da terra, resultante em uma nova camada de mistura.

  1. Explique o que é cascada de energia. A cascata de energia na CLP é o processo pelo qual a energia cinética do vento é transferida das grandes escalas (movimentos amplos e lentos) para as pequenas escalas (movimentos turbulentos). Nas menores escalas, essa energia é dissipada como calor devido à viscosidade do ar. Esse processo sustenta a turbulência, que é crucial para a mistura de calor, umidade e momentum na atmosfera próxima à superfície.
  2. Qual a importância e quais as aplicações da micrometeorologia? A micrometeorologia é essencial para se compreender as interações da energia, da umidade e dos gases na interface superfície-atmosfera (solo-atmosfera) em menores escalas. É vasta as aplicações desta área, podendo ser empregada na agricultura, planejamento urbano, arquitetura, energias renováveis, monitoramento da qualidade do ar, monitoramento ambiental, prevenção de desastres naturais e entre outras áreas que necessitam de uma análise microclimática; esta disciplina é fundamental para a tomada de decisões e estratégias sustentáveis e eficazes.
  3. Descreva a diferença entre micrometeorologia e microclimatologia. A diferença se dá pelo tempo em que as variáveis dessas ciências ocorrem. A Micrometeorologia foca em flutuações (desvios da média) e médias em curtos intervalos de tempo, sendo geralmente uma hora ou menos, dentro da CLP. Já a Microclimatologia lida com médias em períodos mais longos dessas mesmas variáveis, além disso, esta área lida também com as variações diurnas, sazonais e as tendências ao longo do tempo nos parâmetros meteorológicos.

temperatura na Camada Limite Planetária (CLP). Fluxo de Umidade 'w q’ diz respeito à troca de umidade (q) entre a superfície e a atmosfera. Ao longo do dia, a evaporação da umidade da superfície (por exemplo, solo úmido, vegetação) para a atmosfera e a transpiração das plantas contribuem para o aumento da umidade na camada próxima à superfície. O movimento vertical do ar, impulsionado pela convecção, pode transportar essa umidade para altitudes mais elevadas.

  1. Defina estresse. Explique o efeito de cada um dos três tipos de estresse que aparecem frequentemente em estudos na atmosfera. O estresse refere-se à força que busca induzir deformação em um corpo, sendo quantificado como uma força por unidade de área. Em estudos atmosféricos, três tipos de estresse são frequentemente considerados: pressão, estresse de Reynolds e estresse de cisalhamento viscoso. Estresse de Pressão: A pressão atua como um tipo de estresse sobre um fluido em repouso. Em um elemento infinitesimal de fluido, como concebido em um cubo, a pressão exerce força de maneira uniforme em todas as direções. Estresse de Reynolds: Este estresse é observado apenas em fluidos em movimento turbulento. Turbulências podem misturar o ar com diferentes velocidades do vento em nosso cubo de interesse. Quando esse ar, com velocidades distintas, é incorporado em uma face do cubo e não na face oposta, ocorre deformação devido às diferenças de velocidade entre essas duas faces. Estresse Viscoso: Surge quando há movimentos de cisalhamento no fluido, podendo ser laminar ou turbulento. Ao ocorrer o deslocamento de uma porção do fluido, as forças intermoleculares tendem a arrastar as moléculas de fluido adjacentes na mesma direção, resultando em deformação do fluido.