Água naÁgua na atmosferaatmosfera

Capítulo 5 - Ahrens

Propriedades da águaPropriedades da água

• Estados Físicos– Única substântica natural que ocorre naturalmente nos três estados sobre a

superfície da terra

• Capacidade Térmica– Mais alta se comparada com sólidos e líquidos comuns

• Tensão superfícial– Mais alta com relação a todos os líquidos comuns

• Calor Latente de Fusão– Mais alto com relação a todas as substâncias comuns

• Compressibilidade– Virtualmente incompressível como um líquido

• Densidade– A densidade da água do mar é controlada pela temperatura, salinidade e pressão– A fase líquida tem uma densidade máxima a +4oC; a fase sólida tem uma

densidade menor!

Propriedades daPropriedades da ÁguaÁgua

• Propriedades Radiativas

– transparente às ondas curtas (visível)

– virtualmente opaca a muitos comprimentos de ondas longas

– grande possibilidade de variação do albedo• água 10 % (média dária)

• gelo 30 a 40%

• neve 20 a 95%

• nuvem 30 a 90%

Sublimação

Deposição

EnergiaEnergia associada às mudanças associada às mudanças dede fasefase

PorPor queque é é necessárianecessária tantatantaenergia paraenergia para a a águaágua evaporarevaporar??

• No estado líquido, as moléculas adjacentesatraem-se umas às outras– a carga “-” do O é atraída pela carga “+” do H

– esta é a ligação de hidrogênio

• Esta mesma ligação do hidrogênio contribuipara a tensão superficial numa superfície deágua livre

SublimaçãoSublimaçãoGelo evaporaGelo evapora diretamente para diretamente para vaporvapor d’água d’água

Considere 1 g de gelo a zero graus centígrados

A energia requerida para mudar a fase de 1 g de gelo para vapor:

Adicione 80 calorias para derreter o geloAdicione 100 calorias para elevar da água a temperatura a 100 oCAdiocione 540 calorias para evaporar o líquidoA energia total ADICIONADA para sublimação de 1 g de gelo:

80 + 100 + 540 = 720 calorias

DeposiçãoDeposiçãoconversãoconversão de vapor de vapor diretamente para diretamente para oo gelogelo

Considere 1 g de vapor d’água a 100 oC

Libere 540 calorias para condensarLibere 100 calorias para resfriar o líquido a 0 oCLibere 80 calories para congelar a água

A energia total LIBERADA para deposição de 1 g de gelo

540 + 100 + 80 = 720 calorias

PressãoPressão de vapor de vapor da águada água

• Todas as moléculas de uma parcela de ar contribuem para apressão

• Cada subconjunto de moléculas (e.g., N2, O2, H2O) exerceuma pressão parcial

• A Pressão de Vapor, e, é a pressão exercida pelas moléculasdo vapor d’água no ar

• similar à pressão atmosférica, mas devido somente àsmoléculas de vapor d’água– expressa freqüentemente em mbar (2-30 mbar é comum à superfície)

SaturaçãoSaturação do Vapor do Vapor d’águad’água

• As moléculas de água movem-se entre as fases de líquido evapor

• Quando a taxa de transferência das moléculas que entramno líquido e das que saem do líquido é a mesma, tem-se oequilíbrio– É dito que o ar está saturado com vapor d’água neste ponto– Equilíbrio não significa ausência de troca de moléculas

eeSS versusversus temperaturatemperatura

• A pressão de vapor desaturação aumenta com atemperatura– Para T maiores, as moléculas

da água escapam maisrapidamente do líquido,fazendo com que aconcentração de vapor d’águano equilíbrio aumente

– Diz-se que “ ar quentecontém mais água”

• Existe tb pressão de vapor daágua sobre uma superfície degelo– A pressão de vapor de

saturação acima do gelo émenor do que sobre a águalíquida

A pressão de vapor de saturação depende da temperatura

eeSS vs vs TT

Como é Como é expressaexpressa aa quantidadequantidade dedevaporvapor d’água numa parcelad’água numa parcela??

• Umidade absoluta– massa de vapor d’água/volume de ar (g/m3)

– muda quando uma parcela de ar muda de volume

• Umidade específica - q– massa de vapor d’água/massa de ar (g/kg)

• Razão de mistura - r– massa de vapor d’água/massa de ar seco (g/kg)

• A umididade específica e a razão de mistura permanecemconstantes conforme vapor d’água não éadicionado/removido para/da parcela de ar

• Temperatura de ponto de orvalho - Td

ExpressandoExpressando a a pressão pressão de vapor de vapor d’água d’água

• Umidade Relativa (UR) é a razão entre a pressão devapor real e a pressão de vapor de saturação

– UR = 100 * e/eS

– intervalo: 0 -100 % (+)

– ar com UR > 100 % está supersaturado

• UR pode ser alterada pela

– Variação o conteúdo de vapor d’água, e

– Variação na temperatura, que altera eS

PsicrômetroPsicrômetroMede oMede o conteúdo conteúdo de vapor de vapor d’água d’água do do ar ar

Qual ambienteQual ambiente tem tem maior conteúdo maior conteúdo de vapor de vapor d’água d’água??

Por quePor que a a costa costa SW dos EUA é SW dos EUA équentequente e e seca seca e a e a costa costa do doGolfoGolfo é é quente quente e e úmida úmida??

• Ambas são adjacentes a grandes corposd’água

• Ambas experimentam regularmente ventosna direção da costa

• Por que uma apresenta um clima desértico ea outra grande quantidade de umidade echuva?

As temperaturas baixas da água encontradas tipicamente na costa oeste

dos continentes são resultado da ressurgência que as correntes oceânicas

geralmente causam nestas localidades.

AA temperatura da água temperatura da água do mar do marinfluenciainfluencia a a umidade umidade do do ar ar

O vaporO vapor d’água d’água é é distribuído distribuídopor todapor toda a a atmosfera atmosfera

• Grandes quantidades são encontradasgeralmente próximo à superfície,decrescendo com a altura– Próximo à fonte - evaporação do solo, das

plantas, dos lagos e oceanos

– O ar mais quente pode reter mais vapor d’águado que o ar frio

10/julho/1989

média julho/1989

FonteFonte de de Água para Água para a a Atmosfera Atmosfera

• O vapor d’águaestá concentradoos trópicos

• Evaporação dasuperfície do mardepende de T, u eUR

• A maior fonte deágua está naregião subtropical.

OO Ciclo Hidrológico terrestre Ciclo Hidrológico terrestre

DistribuiçãoDistribuição de de Água na Água na Terra Terra

ISCCP-ISCCP- Nebulosidade Nebulosidade Total Total

ÁguaÁgua purapura x x Água salgadaÁgua salgada

• A maior parte da água sobre a terra encontra-se nos oceanos• Somente 3% é pura e 3/4 desta é gelo• A atmosfera contém suprimento para apenas ~ 1 semana de

precipitação

O ar úmido é mais denso que o ar seco?O ar úmido é mais denso que o ar seco?• peso atômico

H = 1 (1 próton)N = 14 (7 prótons + 7 neutrons)O = 16 (8 p + 8 n)

• peso molecularO2 = 16+ 16 = 32N2 = 14 + 14 = 28

• composição da atmosfera78% N2 28 x 0,78 = 22 21% O2 32 x 0,21 = 7

Peso molecular do ar seco 29• peso molecular do vapor d’água 16 + 1 + 1 = 18Como densidade = massa/volume, o ar úmido é menos denso do que o ar

secoQuanto menos denso, maior a facilidade para subir, condensar, formar

gotículas e nuvens

Índice de Calor - ICÍndice de Calor - IC

• UR e Temperatura

• Tw: temperatura de bulbo úmido - alcançada pelaevaporação da água no ar

• exemplo: Tw baixa – rápida evaporação e, portanto,resfriamento da superfície da pele

• Tw < Tar ocorre evaporação

• Tw > Tar não ocorre evaporação - raramente