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Capítulo VIII
Movimentos Atmosféricos
Objetivos:
1. Definir o vento e destacar a sua importância agronômica;
2. Explicar o processo de formação dos ventos;
3. Associar o vento aos centros de alta e baixa pressão;
4. Discriminar as distintas classes de ventos;
5. Representar graficamente as observações de vento à superfície;
6. Descrever os procedimentos de medição dos ventos.
Desenvolvimento:
1. Generalidades
2. Processo de Formação do Vento
3. Influências Modificadoras do Vento
4. Instrumentos e Medição do Vento
5. Perfil da Velocidade do Vento
6. Circulação do Ar na Atmosfera
7. Conclusões
8. Exercícios Propostos
9. Bibliografia Citada e Recomendada
Prof. Aureo S. de Oliveira – NEAS/UFRB
- Generalidades
O vento “não nada mais é” que o ar em movimento. Esse movimento do ar atmosférico, especialmente quando ocorre próximo à superfície terrestre, tem sua importância agronômica, conforme os itens a seguir:
(a) meio de propagação de sementes, grãos de pólen e patógenos; (b) quando seco e quente, o vento intensifica a transferência de água para a atmosfera; (c) veículo de polinização das plantas (polinização anemófila); (d) agente causador de danos mecânicos às plantas (quebra-ventos em áreas agrícolas); (e) agente causador de erosão do solo (erosão eólica); (f) provoca desuniformidade na distribuição de água por sistemas de irrigação por aspersão; (g) pode provocar tombamento de árvores (p. ex., fruteiras) irrigadas por gotejamento; (h) provoca desuniformidade na aplicação de pesticidas, com pulverizadores em solo ou em avião; (i) o vento é fonte alternativa de energia (energia eólica).
- Processo de Formação do Vento
- ••• O vento não existiria se a temperatura da Terra fosse a mesma em todas as latitudes ao longo do tempo.
A variação da pressão com a distância horizontal define o gradiente horizontal de pressão (GHP), indicado pela equação 1:
x x
P P x
P x
P GHP 2 1
2 1 −
−
∆
∆ ≈ ∂
∂ = (1)
onde ∆P = diferença de pressão na distância ∆x. Os subscritos 1 e 2 indicam valor inicial e final, respectivamente. A derivada parcial indica que a pressão também varia em outras direções além da horizontal.
Figura 1 – Isóbaras e gradiente horizontal de pressão. (Fonte: TUBELIS e NASCIMENTO, 1984).
Exemplo Prático 1) Com base nas informações da Figura 1, checar o valor do GHP como apresentado.
Expressá-lo em termos de unidade de distância (km).
Exemplo Prático 2) Qual seria o valor do GHP na Figura 1, se a distância entre as isóbaras fosse 50 km?
1001 mb
1004 mb
1007 mb
1010 mb
100 km
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3. 4. Direção Resultante do Vento
A direção resultante do vento devido à ação das quatro forças depende da distribuição da pressão atmosférica (zonas de alta e baixa pressão) e do hemisfério considerado, norte ou sul.
Hemisfério Sul: zona de baixa pressão → circulação ciclônica → sentido horário zona de alta pressão → circulação anticiclônica → sentido anti-horário
Hemisfério Norte: zona de baixa pressão → circulação ciclônica → sentido anti-horário zona de alta pressão → circulação anticiclônica → sentido horário
A Figura 2 e a Figura 3 ilustram os casos acima.
- Instrumentos e Medição do Vento
Do vento pode-se medir a velocidade, direção e força. A direção do vento é aquela de onde o vento sopra. As direções-padrão são norte (N), nordeste (NE), leste (E), sudeste (SE), sul (S), sudoeste (SW), oeste (W) e noroeste (NW). Nos sensores digitais a direção é dada em graus, ou seja, N = 0o^ ou 360 o; NE = 45o; E = 90o; SE = 135o; S = 180o; SW = 225o; W = 270o^ e NW = 315o.
A representação gráfica da direção do vento em valores (freqüência) absolutos ou relativos é denominada rosa dos ventos (Figura 4). Na rosa dos ventos podem ser representadas dezesseis direções, ou seja, oito além daquelas mencionadas acima.
Hemisfério Norte^ Hemisfério Norte
Hemisfério Sul^ Hemisfério Sul
Figura 2 – Esquema de distribuição das Isóbaras num centro de alta pressão e circulação horizontal e vertical do ar.
Figura 3 – Esquema de distribuição das isóbaras num centro de baixa pressão e circulação horizontal e vertical do ar.
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Exemplo Prático 3) Considere as normais (freqüências absolutas) de direção do vento apresentadas a
seguir, e represente-as graficamente:
N 5 E 208 S 62 W 18
NNE 32 ESE 179 SSW 30 WNW 9
NE 63 SE 123 SW 25 NW 6
ENE 145 SSE 91 WSW 22 NNW 6
Calmas = 71
Passo 1) Obter o total de observações (Nobs);
Passo 2) Obter a freqüência relativa (%) de cada direção: F = (n / Nobs) ⋅ 100
Passo 3) Construir as circunferências no eixo ortogonal da rosa dos ventos;
Passo 4) Indicar no gráfico a freqüência de cada direção;
Passo 5) Determinar a direção predominante do vento.
A velocidade do vento é dada pela componente horizontal em m s-1^ e km h-1, lembrando que 1 m s-1^ = 3,6 km h-1.
A força do vento é a força exercida pela massa de ar num obstáculo perpendicular a sua direção. É medida com a escala de Beaufort. Esta escala varia de 0 a 12, correspondendo o número 1 a vento calmo e o 12 a furacão. O número 0 na escala corresponde a uma calma perfeita, ou seja, ausência completa de vento. A cada valor na escala de Beaufort associa-se uma faixa de velocidade. Assim, vento calmo → pino 1 → U < 1,6 km h-1^ e furacão → pino 12 → U > 120 km h-1.
Entre os aparelhos destinados a medir propriedades do vento, tem-se:
Catavento tipo Wild → direção e força; velocidade fornecida indiretamente, através da escala de Beaufort. Instalado a 10 m acima da superfície do solo. O catavento de Wild (Figura 5), com o passar do tempo, apresenta oxidação nos eixos e o atrito dela resultante introduz erros acentuados nas observações. É um instrumento obsoleto. A haste com os pinos de referência é utilizada para indicar a força do vento.
Figura 4 – Freqüência relativa média mensal, Janeiro, em Viçosa-MG, no período 1970- 1980 (Fonte: VIANELLO e ALVES, 1991).
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Figura 7 – Anemógrafo universal, vendo-se acima os sensores e abaixo detalhe do mecanismo de registro e da bóia do sistema de pressão-sucção. (Fonte: VAREJÃO-SILVA, 2001).
- Perfil da Velocidade do Vento
Direção e velocidade são propriedades do vento muito sensíveis à influência de edifícios, árvores, montanhas e outros obstáculos, apresentando, portanto, grande variabilidade espacial. Segundo ZUÑIGA (1985), o vento raras vezes apresenta-se ordenado, ou seja, escoando segundo um regime ou fluxo laminar. O fluxo ou regime de escoamento predominante é o turbulento, desordenado, acompanhado de fortes oscilações de direção e velocidade.
A fricção entre o ar em movimento e a superfície (solo ou cultivo), retarda o movimento do ar sobre a mesma. A camada de ar sujeita aos efeitos da fricção é chamada camada de fricção. Dependendo das condições meteorológicas e topográficas esta camada pode estender-se de alturas de centenas de metros a 1 km (ZUÑIGA, 1985), acima da qual encontra-se a atmosfera livre da fricção.
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A velocidade do vento é característica da altura em que a medição foi feita. Comumente é necessário converter-se a velocidade do vento medida uma dada altura para uma outra altura. Isso pode ser obtido pela equação 7.
( 67 , 8 5 , 42 )
4 , 87 2 ⋅ −
= ⋅ Ln z
U Uz (7)
onde U 2 = velocidade do vento a 2 m de altura (m s-1); Uz = velocidade do vento a z m acima da superfície do solo; z = altura de medição da velocidade do vento acima da superfície do solo (m).
Exemplo Prático 5) Um aparelho medidor da velocidade do vento, instalado num posto meteorológico a
17 m de altura, registrou vento de 15,1 km h-1. Qual teria sido a velocidade do vento na altura de
referência de 2 m?
Durante o dia a velocidade do vento tende a ser maior que durante a noite. A velocidade do vento durante o dia a 2 m de altura (U2d) pode ser estimada a partir da velocidade média diária do vento àquela altura (U 2 ) e a relação de U2d com a velocidade do vento à noite (U2n), pela equação 8.
⋅ ⋅ =
U
U
U
U U U
n
d
n
d
d
2
2
2
2 2 2 1
2 (8)
Exemplo Prático 6) Assuma que a velocidade média diária do vento a 2 m de altura em Cruz das Almas é
2,5 m s-1^ e que U2n = 0,5 U2d então determine a velocidade do vento no período diurno (U2d).
- Circulação do Ar na Atmosfera
O ar atmosférico circula seguindo padrões gerais e locais, em reposta aos gradientes de pressão atmosférica.
6 .1. Circulação Geral
A Figura 8 ilustra padrões teóricos de circulação do ar atmosférico entre zonas de alta e baixa pressão e em alta altitude e baixa altitude. Observa-se a formação de células de circulação nas diferentes latitudes, como resultado de fenômenos de convergência e divergências das correntes de ar. A configuração descrita a seguir não é exatamente o que se observa ao longo do ano. Claramente, a distribuição dos continentes e oceanos, combinada com o aquecimento diferenciado (em virtude da diferença no calor específico), origina configurações de pressão que diferem do verão para o inverno.
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- Conclusões
- Exercícios Propostos
EP.01. A velocidade do vento a 2 m de altura em determinado local foi de 1,8 m s-1. Qual teria sido a velocidade a 10 e 20 m de altura? Dobrando as alturas (de 10 para 20 m), a velocidade do vento também dobra? Em caso negativo qual a relação entre elas?
EP.02. Um anemômetro totalizador de canecas, instalado a 2 m de altura indicou no odômetro 57.329 às 09:00 h e 57.415 às 10:00 h. Calcular a velocidade média do vento no período, em m/s, sendo que a leitura do instrumento é em centenas de metros.
EP.03. Numa determinada localidade, leituras a cada duas horas, indicaram as seguintes frequências absolutas das direções do vento. Com base nos dados, representar graficamente (rosa dos ventos) a freqüência relativa de cada direção. Obs.: Material necessário: papel milimetrado, transferidor e compasso.
N 230 E 2 S 0 W 10
NNE 185 ESE 2 SSW 0 WNW 25
NE 75 SE 1 SW 3 NW 90
ENE 25 SSE 0 WSW 2 NNW 175
Calmas = 100
EP.04. Numa determinada localidade, a velocidade do vento é 4,3 m s-1^ quando medida a 10 m de altura acima do solo. Converta esta velocidade para a altura de referência (2 m acima do solo). Qual a relação entre ambas velocidades em termos percentuais.
EP.05. Construir o gráfico do valor percentual da velocidade do vento, de 0,5 m a 20 m, em relação à altura de 6 m.
EP.06. O vento percorrido nas 24 horas de um dado dia foi de 216,7 km a 2 m de altura. Determinar a velocidade média diária do vento em m s-1.
EP.07. Estime a velocidade do vento a 3 m do solo, sabendo-se que um aparelho instalado a 10 m indicou velocidade de 18 m s-1.
- Bibliografia Citada e Recomendada
PEREIRA, A. R.; ANGELOCCI, L. P.; SENTELHAS, P. C. Agrometeorologia: fundamentos e aplicações. Guaíba: Agropecuária. 2002. 487p.
VIANELLO, R. L. e ALVES, A. R. Meteorologia básica e aplicações. Viçosa: UFV – Imprensa Universitária.
- 449 p.
TUBELIS, A. e NASCIMENTO, F. J. L. do. Meteorologia descritiva: fundamentos e aplicações brasileiras.
São Paulo: Nobel. 1984. 374 p.
VAREJÃO-SILVA, M. A. Meteorologia e climatologia. Brasília: Instituto Nacional de Meteorologia-Ministério
da Agricultura. 2001. 515 p.
ZUÑIGA, A. C. Agroclimatología. San José: Editorial Universidad Estatal a Distancia. 1985. 520 p.
