terça-feira, 31 de janeiro de 2012

Estrutura da Altura Geopotencial Média da Atmosfera

Estrutura da Altura Geopotencial Média da Atmosfera



Estrutura Vertical do Geopotencial


Como as várias equações de balanço em meteorologia são, usualmente, primeiro derivadas no sistema de coordenadas (x,y,z,t) e então, para uso prático, transformadas nos sistema de coordenadas (x,y,p,t), é importante esclarecer mostrar o quanto os dois sistemas estão relacionados. Assim, as figuras I(a) e 1(b) ilustram a relação entre as superfícies de altura e pressão constantes na atmosfera. 

Figura I(a) Perfil meridional da pressão zonal média (em MB) em várias alturas entre 0.1 e 16Km.


A inclinação meridional em cada figura indica o comprimento da componente geostrófica do fluxo zonal onde

Podemos notar, na média, as superfícies de pressão se inclinam para cima, do polo para o equador, [figura I(b)], indicando que ventos de oeste devem prevalecer no decorrer de quase toda a atmosfera. 

Figura Ib). Perfis meridionais da altura zonal média (em unidade de 100gpm ~100m) para vários níveis de pressão entre 1000 e 100mb.



De acordo com as figuras, esses ventos de oeste são grandes em médias latitudes e aumentam com a altitude na troposfera alcançando um máximo perto de 200mb logo abaixo da tropopausa.
As seções transversais da altura geopotencial zonal média como uma
função da pressão e latitude são mostradas na figura II.


Figura II. Seções tranversais zonais médias da altura geopotencial em gpm (1gpm ~1m) para condições médias anuais, DJF e JJA. São mostradas as saídas da atmosfera padrão NMC. Perfis verticais dos valores médios hemisféricos e globais são mostrados na direita.

Este tipo de apresentação é importante desde que mostre a distribuição do geopotencial (dividido por g) como uma função de pressão. As variaçõescom a latitude são aparentes, pois elas são apresentadas aqui como variações com relação à atmosfera de referência, nomeada atmosfera padrão NMC:

Δ[z] = [z] - zSA

Os valores da atmosfera padrões são mostrados na tabela abaixo;  eles são somente função de pressão (isto é, barotrópicos) e representam condições típicas perto de 45°N e então Δ[z]~0 perto dessa latitude.

Tabela. Valores da altura geopotencial e temperatura na atmosfera padrão em diferentes níveis de pressão usados nas análises de dados. A atmosfera padrão representa condições típicas perto de 45°N.

Numa atmosfera hidrostática, a altura geopotencial é dada por

onde Tv é a temperatura virtual do ar definida por 


Onde q é expresso em gramas de vapor d’água por Kg de ar úmido. Então



onde a distribuição vertical de TSA é prescrita pela atmosfera padrão. Assim as variações na figura II estão relacionadas à estrutura de temperatura da atmosfera e, um pouco menos, à diferenças na pressão de superfície. Onde a atmosfera subjacente é 
mais fria do que a atmosfera padrão  os valores são negativos e, onde a atmosfera subjacente é aquecida eles são positivos. Notamos que as regiões baroclínicas da atmosfera, onde há um forte gradiente meridional em estão localizadas em médias e altas latitudes.
As curvas no lado direito da figura II dão os perfis verticais para o globo e cada hemisfério, mostrando um máximo perto da tropopausa. As grandes diferenças inter-hemisféricas são encontradas na estação Junho-Agosto.