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Дата26.10.2012
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ТипДокументы
Evandro Moimaz Anselmo Medidas da Razão entre Relâmpagos Intra-nuvens e Nuvem-solo para Sistemas Convectivos na Cidade de Campo Grande - MS [Orientador:

]Prof. Dr.Widinei Alves Fernandes [Co-orientador:

]Prof. Ph. D. Moacir Lacerda Dissertação apresentada ao Departamento de Física da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul sendo parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Física Aplicada Universidade Federal de Mato Grosso do Sul

Centro de Ciências Exatas e Tecnologia

Departamento de Física Campo Grande - MS 2008

[Sorry. Ignored \begin{folhadeaprovacao} ... \end{folhadeaprovacao}]

AGRADECIMENTOS Aos meus pais!

[Sorry. Ignored \begin{resumo} ... \end{resumo}]

Abstract

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List of Figures


5

8

10


List of Tables

5

8

10


Chapter 1

MORFOLOGIA DAS NUVENS DE TEMPESTADE


Neste capítulo será realizada uma abordagem geral dos processos físicos identificados na literatura relacionados a formação de nuvens responsáveis por produzirem descargas atmosféricas, descrevendo a evolução de sistemas convectivos na atmosfera terrestre, sua principal composição e teorias mais aceitas para o entendimento da eletrificação das nuvens de tempestades.

1 EVOLUÇÃO DE SISTEMAS CONVECTIVOS


Seja na superfície de um lago, rio, oceanos, no solo, ou na transpiração dos animais e vegetais, as moléculas de água líquida destacam-se continuamente destes sistemas constituindo o processo de evapotranspiração1. Este processo está diretamente relacionada ao grau de agitação das moléculas de água, sendo então a sua taxa dependente da temperatura na superfície da Terra.

Devido a incidência da radiação solar na superfície, regiões do solo onde possuem maior calor específico aquecem o ar atmosférico próximo com maior intensidade diminuindo a densidade destas parcelas de ar formando correntes ascendentes, denominadas de térmicas , que transportam o vapor d’água para regiões mais elevadas da troposfera, o que constitui as nuvens convectivas .

[Sorry. Ignored \begin{citacao} ... \end{citacao}]

As nuvens convectivas são classificadas como cumulus conforme proposto pela “World Meteorological Organization" em 1956, correspondendo ao método de análise proposto por Jean Babtiste Lamarck (1744 – 1829), que divide as regiões de formação das nuvens em três camadas e em concordância com a nomenclatura adaptada para o Latin, cumulus (monte ou pilha), cirrus (fios de cabelo) e stratus (uma camada) proposto por Luke Howard (1772 – 1864). As nuvens de tempestades são classificadas como cumulonimbus no qual o termo nimbus faz referência a presença de chuva [Error: Reference source not found, p. 217].

As cumulonimbus são produzidas por fortes convecções elevando as moléculas de água livre da superfície até permanecerem estáveis 2 podendo alcançar altitudes de até 12 km kmQuilômetro. A velocidade destas parcelas de ar instáveis 3 podem alcançar até 10 ms\s\up5(1) ms\s\up5(-1)Razão entre o deslocamento em metros e o tempo em segundos possuindo diâmetro de poucos quilômetros. Ao subir esta parcela expande e a temperatura da atmosfera decresce, tornando-a mais fria. Se este ar estiver frio o suficiente para condensar antes de parar de subir, aproximadamente quanto atinge a pressão de 9 mbar mbarmilibar à temperatura de 5,5 °C °CGraus Celsius, é liberado energia na forma de calor latente de vaporização, reaquecendo a parcela de ar proporcionando mais ascensão. Na fase de condensação é onde define-se a base da nuvem [Error: Reference source not found, Error: Reference source not found].

Conforme parcela de ar com água líquia continua subindo, a temperatura vai caindo praticamente linearmente na troposfera. Ao alcançar regiões com temperatura inferior a 0 °C as gotículas de água começam a congelar formando cristais de gelo, entretanto, esse processo “[…] é mais eficiente em temperaturas perto de -15 °C, [q]uando a água encontra-se superresfriada[,] onde a diferença entre a saturação do gelo e da água são maiores.” [Error: Reference source not found, p. 8, tradução nossa].

Na formação dos cristais de gelo, mais energia é liberada na forma de calor latente de fusão proporcionando mais flutuação para parcela de ar.

A precipitação da água na nuvem depende da concentração de umidade do ar em suspensão, dos núcleos de condensação 4 e da coalescência 5 entre as gotículas de água, o que forma gotas ou cristais de gelo com massa suficiente para vencer as correstes ascendentes de ar e cair até a superfície terrestre.

2 ESTRUTURA ELÉTRICAS DAS NUVENS DE TEMPESTADES


Éevidente a presença de intensos campos elétricos associados ao desenvolvimento de nuvens de tempestade “[…] como, por exemplo, a ocorrência dos relâmpagos e o desenvolvimento de intensos campos elétricos observados in loco ou na superfície.” [Error: Reference source not found, p. 53].

Porém, a microfísica dos processos de separação de cargas nas nuvens ainda não é completamente entendida devido a grande quantidade de variáveis envolvidas no processo.

[Sorry. Ignored \begin{citacao} ... \end{citacao}]

[Error: Reference source not found] expõem resultados de trabalhos entre 1752 à 1989 relacionados a medidas da estrutura elétrica das nuvens, onde percebe-se uma maior aceitação do modelo denominado como tripolo eletrostático para uma simplificação da distribuição de cargas dentro das nuvens conforme representado na figura *****.

Portanto, observações mais recentes realizadas por [Error: Reference source not found, Rust, Marshall, (1996); Stolzenburg et al (1998), apud, p. 45] verificam mais centros de carga com diferentes características comforme representado na figura [Error: Reference source not found].



Figure 1: Nuvem

[Sorry. Ignored \begin{citacao} ... \end{citacao}]

2.1 Teoria Convectiva de Eletrificação


Nesta teoria, é proposto que as fontes de cargas negativas e positivas são fornecidas por fontes externas as nuvens. Este mecanismo de eletrificação pode ser produzido pela a distribuição de íons livres na atmosfera [Error: Reference source not found, Grenet, 1947;Wilson, 1956; Phillips, 1967; Wagner; Telford, 1981, apud]. Conforme descrito por [Error: Reference source not found] em condição normais de tempo bom, o campo elétrico da atmosfera concentra íons positivos na baixa atmosfera.

Na ocorrência de térmicas os íons positivos podem ser transportados para o interior das nuvens eletrificandos-as positivamente conforme pode ser visualizado na figura a*. Com o crescimento vertical da nuvem e o excesso de cargas positivas, íons negativos são atraídos tornando o topo da nuvem negativamente carregado.

[Sorry. Ignored \begin{citacao} ... \end{citacao}]

Conforme a nuvem cresce, os íons negativos são transportados para as laterais da nuvem 6. Em um estágio mais maduro da nuvem, correntes descendente de ar concentram os íons negativos para regiões mais baixas tornando mais forte o fluxo de cargas positivo para o interior da nuvem. Com o acúmulo de cargas negativas na base da nuvem os íons positivos são induzidos por efeito corona (ver figura b*).

Embora haja evidências conforme [Error: Reference source not found, p. 55, Vonnegut, 1991, apud], que comprovam a ocorrência do processo convectivo de eletrificação, acredita-se que este não é suficiente para promover campos elétricos tão intensos, principalmente nos estágios iniciais da eletrização, devido a baixa disponibilidade de íons na atmosfera. Assim entende-se que o processo convectivo contribui para a manutenção de outros processos de separação de cargas.

Chapter 2


Resultados


A precipitação da água na nuvem depende da concentração de umidade do ar em suspensão, dos núcleos de condensação 7 e da coalescência 8 entre as gotículas de água, o que forma gotas ou cristais de gelo com massa suficiente para vencer as correstes ascendentes de ar e cair até a superfície terrestre.

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Figure 1: Resultados

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Figure : Resultados

References

[Fernandes 2006] FERNANDES, W. A. Características dos relâmpagos gerados por nuvens de tempestades em ambientes sob a influência das queimadas em Rondônia. 2006. 182 p. Tese (Tese de Doutorado do Curso de Pós-Graduação em Geofísica Espacial) — Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), São José dos Campos, 2006.

[Goody e Walker 1975] GOODY, R. M.; WALKER, J. C. G. Atmosferas Planetárias. Tradução: Antônio Chistofoletti. São Paulo: Edgard Blucher Ltda, 1975. 139 p.

[Naccarato 2006] NACCARATO, K. P. Análise das características dos relâmpagos na região sudeste do Brasil. 2006. 362 p. Tese (Tese de Doutorado do Curso de Pós-Graduação em Geofísica Espacial) — Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), São José dos Campos, 2006.

[Rachel 2008] RACHEL, I. A. Eletrificação dos Sistemas Precipitantes na Região Amazônica. 2008. 197 p. Tese (Tese de Doutorado apresentada ao Departamento de Ciências Atmosféricas do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo) — Universidade de São Paulo (USP), São Paulo, 2008.

[Thornwaite 1948] THORNWAITE, C. W. An approach towards a rational classification of climate. Geographical Review, n. 38, p. 55–94, jan. 1948.

[Vonnegut et al. 1995] VONNEGUT, B. et al. An explanation for anomalous lightning from forest fire clouds. Jornal of Geographysical Research, n. 100, p. 5.037–5.050, mar. 1995.

[Wallace e Hobbs 1977] WALLACE, J. M.; HOBBS, P. V. Atmospheric Science: An introductory survey. San Diego: Academic Press, INC, 1977. 467 p. ISBN ISBN 0-12-732950-1.

[Williams 1989] WILLIAMS, E. R. The tripole structure of thunderstorms. Jornal of Geographysical Research, n. 94, p. 13.151–13.167, sep. 1989.

[Young 1993] YOUNG, K. C. Microphysical Processes in Clouds. New York: Oxford University Press, 1993. 427 p. ISBN ISBN 0-19-507563-3.

1Termo proposto por [Error: Reference source not found] , definido como a combinação dos processos de evaporação da água na superfície do solo com a transpiração das plantas, sendo estes processos resposáveis pelo retorno da água ao ar atmosférico

2sem movimento ascendente ou descendente na atmosfera

3com movimento ascendente ou descendente na atmosfera

4Pequenas partículas (aerossóis) de material solúvel em suspensão na atmosfera.

5Produção de gotas maiores a partir da colisão e aglutinação entre gotas menores [Error: Reference source not found, p. 7]

6Processo conhecido como estranhamento lateral

7Pequenas partículas (aerossóis) de material solúvel em suspensão na atmosfera.

8Produção de gotas maiores a partir da colisão e aglutinação entre gotas menores [Error: Reference source not found, p. 7]


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