Por LUCIANO MENESES CARDOSO DA SILVA Engenheiro Civil Especialista em Recursos Hídricos da ANA Doutor em Desenvolvimento Sustentável (UnB - CDS) M.Sc.

Slide 1 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) Hidrometeorologia e Precipitação Slides próprios e obtidos de Tucci, Porto, Ahy e Freitas. Slide 2 HIDROMETEOROLOGIA Slide 3 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 Slide 4 Estratosfera: espessura variável e fica acima da Troposfera Contém a subcamada de ozônio (O 3 ) 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 Slide 5 Planeta Terra Estratopausa Tropopausa Atmosfera Alta atmosfera Baixa atmosfera Estratosfera Troposfera HIDROMETEOROLOGIA Ilustração sem escala Slide 6 Tempo e Clima Tempo: condição da atmosfera em dado lugar e instante Compreende: temperatura, pressão, umidade, nuvens, precipitação, visibilidade e ventos “Agora está chovendo muito!” Clima: é o tempo médio observado ao longo dos anos “Aqui, os invernos são secos e frios” HIDROMETEOROLOGIA Slide 7 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 Slide 8 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) HIDROMETEOROLOGIA Slide 9 Barômetro de Torricelli Pontos de mesma pressão Slide 10 Ar atmosférico: mistura de gases Ar seco + vapor d’água Ar contém 78% N 2, 21% O 2 + 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 Slide 11 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 Slide 12 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 Slide 13 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 HIDROMETEOROLOGIA Slide 14 Psicrômetro USP, 2003. Gaze Slide 15 Feixe de fios higroscópicos (cabelo) Aumentam com a elevação da umidade Higrômetro USP, 2003. Slide 16 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 Slide 17 Evaporação Medição Tanque Classe A HIDROMETEOROLOGIA USP, 2003. Slide 18 Evaporação Medição Atmômetro HIDROMETEOROLOGIA USP, 2003. Slide 19 Variação da umidade relativa do ar e a temperatura HIDROMETEOROLOGIA Com o ar frio da noite, a umidade aumenta. Com o calor do dia, a umidade diminui. USP, 2003. Slide 20 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. HIDROMETEOROLOGIA Slide 21 ANEMÔMETRO: Mede a velocidade do vento USP, 2003. Slide 22 Slide 23 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 HIDROMETEOROLOGIA USP, 2003. Slide 24 Heliógrafo Esfera de cristal que mede a duração da insolação local. USP, 2003. Slide 25 Transformações adiabáticas Quando não ocorrem trocas de calor com o meio externo A ascensão abrupta de ar úmido faz encontrar temperaturas menores que provocam a condensação da água (chuva orográfica) –Praticamente não há troca de calor com o meio A maioria das transformações que se verifica na natureza são tão rápidas que os ganhos e perdas de calor podem ser desprezados HIDROMETEOROLOGIA Slide 26 PRECIPITAÇÃO Slide 27 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 Slide 28 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) Slide 29 DAEE/SP, 2005 Slide 30 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. Slide 31 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. Slide 32 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! Slide 33 Obtenção de dados de chuva Estações pluviométrivas ou pluviográficas (PLU) Slide 34 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. Precipitação Grandezas Slide 35 Precipitação Pluviometria 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. Slide 36 Precipitação Pluviógrafo 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. Slide 37 Slide 38 Curso Internacional de Medição de Vazão em grandes rios (Manacapuru/AM, julho/2005) Slide 39 Curso Internacional de Medição de Vazão em grandes rios (Manacapuru/AM, julho/2005) Pluviômetro Pluviógrafo Slide 40 Slide 41 Slide 42 Gráfico de linha cuja abscissa representa a escala de tempo e a ordenada a altura de precipitação acumulada Slide 43 Gráfico de barras cuja abscissa representa a escala de tempo e a ordenada a altura de precipitação Slide 44 PRECIPITAÇÃO Precipitação média numa área Média Aritmética Método de Thiessen Método das Isoietas Slide 45 Pm = (P 1.A 1 + P 2.A 2 + P 3.A 3 +P 4.A 4 )/(A 1 +A 3 +A 3 +A 4 ) Área total: At = A 1 +A 2 +A 3 +A 4 Bacia hidrográfica hipotética Slide 46 POLÍGONOS DE THIESSEN Slide 47 Exemplo de Polígonos de Thiessen Slide 48 Slide 49 (Fonte: Baptista, 1997) Slide 50 ISOIETAS Slide 51 Curvas Intensidade-Duração-Freqüência Slide 52 Slide 53 PRECIPITAÇÃO Preenchimento de falhas Ponderação regional Regressão linear Ponderação regional com base em Regressão linear Análise de consistência Comprovar o grau de homogeneidade do posto em relação aos vizinhos