Ondas na atmosfera

Uma onda atmosférica é uma perturbação periódica nos campos de variáveis atmosféricas, como pressão de superfície (ou altitude geopotencial), temperatura ou velocidade do vento. Ela pode ser uma onda estacionária (não se propaga) ou não-estacionárias e variam em escala espacial e temporal, de ondas planetárias de larga escala a ondas de som de minutos.

Dentre as ondas de escala planetária, estão as ondas de Rossby, identificadas na atmosfera terrestre em 1939 pelo meteorologista sueco Carl-Gustaf Arvid Rossby (1898-1957). Outro exemplo, em menor escala, é a onda Kelvin, descoberta pelo cientista irlandês William Thomson (1824-1907), também conhecido como Lorde Kelvin.

Ondas de Rossby

Devido a sua escala, as ondas de Rossby somente podem ser observadas ao se montar cartas sinóticas de grandes áreas do planeta. Os mapas sinóticos são feitos a partir de valores de grandezas atmosféricas em diferentes níveis de altitude. Unindo pontos de mesmo valor de pressão, podem ser desenhadas as isóbaras. É possível confeccionar esses mapas para diferentes níveis, identificados pelos valores de altura geopotencial: geralmente 1000, 850, 500 e 200 hPa.

Por sua vez, a altura geopotencial representa a altitude acima do nível do mar em que está um determinado nível de pressão. Isso porque um dado nível de pressão não é paralelo a superfície terrestre, e estas variações de altitude do nível de pressão indicam regiões de alta e baixa pressão no geopotencial escolhido. Isso é importante para definir o tempo de cada região, já que a altura potencial, por definição, é o trabalho requerido para levantar uma unidade de massa do nível médio do mar até um dado nível de pressão.

As ondas de Rossby são parte de padrões permanentes da atmosfera, resultantes da distribuição continente/oceano, da distância Terra-Sol, dos movimentos de rotação e translação e da inclinação do eixo da Terra. Basicamente, são formadas devido a variação do efeito Coriolis com a latitude.

Uma carta plotada no nível de 500 hPa permite observar, além das isóbaras, o vento (intensidade e direção) e as linhas de corrente (linhas contínuas tangentes em todos os pontos ao vetor velocidade). Nesse nível que são observadas as ondas de Rossby através das linhas de corrente, que formam uma grande onda – abaixo desse nível, são distorcidas pelo atrito com a topografia. O vento é geostrófico, ou seja, é paralelo às linhas de geopotencial.

Carta sinótica das isolinhas de altura da superfície de 500 hPa. Fonte: Apostila da Prof. Alice Grimm
Carta sinótica das isolinhas de altura da superfície de 500 hPa. Fonte: Apostila da Prof. Alice Grimm

Na figura acima, podemos ver ventos de oeste seguindo os percursos ondulados, com comprimento de onda entre 4 mil e 6 mil km. O jato polar faz parte desses ventos de oeste, sendo o núcleo com ventos mais rápidos desse conjunto de linhas de corrente.

Como uma onda é formada por uma crista e um cavado, existem de três a seis ondas como essas circulando a Terra, em latitudes médias e altas. As cristas estão relacionadas a regiões de alta pressão em superfície (tempo aberto e estável), enquanto que os cavados relacionam-se a baixas em superfície (tempo fechado e instável).

Elas tem um importante papel no transporte de calor dos trópicos para regiões temperadas e de ar frio na direção contrária. O padrão é análogo no Hemisfério Sul, só que o ar frio se desloca para norte e o ar quente, para sul. Quanto maior a amplitude das ondas, mais o ar frio avança na direção tropical.

Quando os meandros das ondas tornam-se muito destacados, massas de ar frio ou quente se desprendem do padrão, podendo formar ciclones e anticiclones. Estes ajudam na redistribuição de energia. Por exemplo: na circulação horária em torno de um ciclone no hemisfério sul, a parte leste leva ar quente para sul enquanto a parte oeste leva ar frio para o equador.

Ondas de Rossby barotrópicas não variam quanto à sua estrutura vertical e têm as velocidades mais rápidas de propagação. Por outro lado, as ondas de Rossby baroclínicas têm uma velocidade menor, com velocidades de apenas alguns centímetros por segundo ou menos.

Onda de Kelvin

Uma onda de Kelvin pode acontecer no oceano ou na atmosfera. Ela equilibra a força Coriolis da Terra contra um limite topográfico, como uma linha costeira, ou um guia de ondas, como o equador. Ela mantém sua forma à medida que se move na direção ao longo da costa ao longo do tempo. Ou seja, ela não é dispersiva: a velocidade de fase das cristas da onda é igual à velocidade do grupo da energia da onda para todas as frequências.

Acredita-se que ondas de Kelvin sejam originadas pela liberação de calor latente associada com convecção na troposfera e podem ser observadas no vento atmosférico, nos campos de temperatura e pressão e são fontes de energia na média atmosfera.

A zona equatorial atua essencialmente como um guia de ondas (estrutura que guia ondas, permitindo que um sinal se propague com perda mínima de energia restringindo a expansão a uma ou duas dimensões). Desse modo, os distúrbios ficam presos nas proximidades do Equador. A onda de Kelvin equatorial ilustra esse fato porque o Equador atua de forma análoga a um limite topográfico para os hemisférios norte e sul, tornando essa onda muito semelhante à onda de Kelvin que ocorre na costa oceânica.

A direção de propagação da onda de Kelvin é oeste-leste. Isso porque, quando o movimento no Equador é para o leste, qualquer desvio para o norte é trazido de volta para o Equador. Isso acontece porque a força de Coriolis atua à direita da direção do movimento no hemisfério norte. O análogo acontece no hemisfério sul. Note que, para o movimento em direção ao oeste, a força de Coriolis não restauraria um desvio para o norte ou para o sul de volta ao Equador.

Tanto as ondas de Kelvin equatoriais atmosféricas quanto as oceânicas desempenham um papel importante na dinâmica do El Niño-Oscilação Sul, transmitindo mudanças nas condições do Pacífico Ocidental para o Pacífico Oriental. Quando uma onda de Kelvin equatorial atinge uma “fronteira oriental”, parte da energia é refletida na forma de ondas planetárias e de gravidade. O restante da energia é transportado para os polos ao longo da fronteira leste como ondas de Kelvin costeiras.

Ondas de gravidade

Na fluidodinâmica, ondas de gravidade são ondas geradas em um meio fluido ou na interface entre dois meios (por exemplo, entre a atmosfera e o oceano). Elas ocorrem devido entre à interação de duas forças: o princípio de Arquimedes, que tende a fazer com que matéria flutue no meio, e a gravidade, que puxa a matéria em direção à superfície.

Ondas de gravidade visíveis devido às nuvens. Fonte: NASA
Ondas de gravidade visíveis devido às nuvens. Fonte: NASA

As ondas de gravidade podem ser geradas em uma atmosfera estavelmente estratificada, ou seja, quando camadas de ar frio estão abaixo de camadas de ar mais quente na troposfera. A região de interface entre essas camadas de ar de diferentes densidades é o local preferencial para o desenvolvimento das ondas de gravidade interna. Frente de rajada de uma tempestade e a topografia elevada de uma determinada região também podem desencadear ondas de gravidade.

A oscilação quase-bienal (QBO) é uma oscilação do vento zonal equatorial entre os ventos de leste e oeste na estratosfera tropical com um período médio de 28 a 29 meses. Os regimes alternados de vento se desenvolvem no topo da baixa estratosfera e se propagam para baixo a cerca de 1 km por mês até serem dissipados na tropopausa tropical. Na década de 1970, foi reconhecido por Richard Lindzen e James Holton que a reversão periódica do vento era impulsionada por ondas atmosféricas emanadas da troposfera tropical que viajam para cima e são dissipadas na estratosfera pelo resfriamento radiativo.

Onda tropical

Fissuras em uma alta subtropical, que geralmente está localizada na região central de um oceano, podem formar ondas tropicais. Uma onda tropical é um tipo de cavado atmosférico (área alongada com relativamente baixa pressão atmosférica) orientado de norte ao sul. Ela se move de leste para oeste através dos trópicos, apresentando áreas de nuvens e por vezes tempestades.

As ondas tropicais também podem ser formar em fissuras numa área de alta pressão permanente estacionada ao norte ou ao sul da zona de convergência intertropical (ZCIT). Como zonas de instabilidades atmosféricas, as ondas tropicais têm um papel fundamental na ciclogênese tropical de ciclones tropicais; cerca de 85% dos grandes furacões eram simples ondas tropicais nos seus estágios iniciais.

Vórtices que saem do fluxo principal da ZCIT podem gerar também distúrbios ondulatórios de leste (DOL). Esses sistemas de escala sinótica, de longitudes horizontais da ordem de 1.000 Km ou mais, ocorrem na baixa troposfera e têm grande influência na precipitação de regiões tropicais.

Fontes

Compartilhe :)

Leave a Reply

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

Esse site utiliza o Akismet para reduzir spam. Aprenda como seus dados de comentários são processados.