Meteorologia – Capítulo 3 – Nuvens

Nuvens

As nuvens são um conjunto de partículas minúsculas de matéria, como gotículas de água e/ou cristais de gelo no ar. O choque de massas de ar úmidas ou secas e quentes ou frias, através de processos de condensação do vapor de água por saturação de umidade, dá origem à formação de nuvens ou nebulosidades de diferentes tipos e formas.

Formação de Nuvens

O ar ascendente é um processo chave na produção de nuvens e precipitação

O ar flui na atmosfera tendendo a manter um certo equilíbrio de pressões. Os ventos são causados pelas diferenças de pressão e densidade (que varia na razão inversa da temperatura do ar) que fazem com que o excesso de moléculas do volume mais denso ou de maior pressão flua na direção do volume menos denso ou de menor pressão.

Como a pressão atmosférica diminui com a altitude, existe uma força que tende a deslocar as moléculas de gás das altas pressões (no solo) para as baixas pressões (em altitude). Se o nosso planeta tem uma atmosfera é porque a força da gravidade contrabalança essa força e impede que as moléculas se escapem livremente para o espaço. Na ausência de outros processos que favoreçam a ascensão do ar, estas duas forças equilibram-se (é o chamado equilíbrio hidrostático) e não há uma força resultante que faça o ar subir ou descer. São os processos que rompem o equilíbrio hidrostático e levam à ascensão de ar úmido que dão origem à formação das nuvens.

O que dá origem à elevação do ar que leva à formação das núvens?

A ascensão de ar pode ser produzida por convecção, por convergência de ar, por elevação topográfica ou por levantamento frontal.

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1. Convecção – bolhas de ar que se elevam

À medida que a Terra vai sendo aquecida pelo Sol, há bolhas de ar quente (e menos denso) que se elevam como se fossem balões de ar quente. Continuarão a subir enquanto existir uma instabilidade (enquanto a sua temperatura for mais elevada do que o ar por cima delas). À medida que vão arrefecendo e perdendo o seu poder de elevação, vão-se diluindo-se no ar circundante. Mas há outras bolhas que se formam a seguir e que seguem o mesmo caminho, subindo geralmente sempre um pouco mais do que as anteriores até que conseguem subir o suficiente para que o seu arrefecimento corresponda à chamada temperatura «de orvalho», a que se atinge a saturação do ar. A umidade dentro dela (o vapor de água) começa então a condensar em gotículas que se tornam visíveis sob a forma de uma nuvem convectiva (caracterizada pelo seu rápido desenvolvimento vertical).

A convecção implica uma transferência de calor da superfície para a atmosfera – o chamado fluxo de calor latente (baseado na evaporação e condensação da água). Cada vez que a água muda de estado há uma troca de energia – o chamado calor latente. A evaporação ocorre quando uma molécula se liberta do conjunto das suas vizinhas, por aumento da sua energia cinética à custa de energia extraída ao ambiente (cerca de 600 calorias por cada grama de água líquida evaporada). A condensação ocorre quando uma molécula se torna suficientemente lenta para se poder ligar a um conjunto das moléculas (líquidas) vizinhas e resulta na libertação do calor latente para o ambiente.

Se a camada superior da atmosfera for pouco instável, o crescimento vertical será restrito e formar-se-ão apenas cúmulos de bom tempo ou estratocúmulos. Se a camada é mais instável, o crescimento vertical poderá prosseguir, formando-se cúmulos congestus ou cumulonimbos, que já poderão dar origem a chuva. Quando a alimentação de novas bolhas cessar, a nuvem dissipar-se-á.

2. Convergência – a elevação de camadas de ar

Quando há uma convergência de ar chegando na horizontal a uma região, o ar é forçado a elevar-se porque não pode ir para baixo. É o que acontece nas regiões com baixas pressões, para cujo centro o ar converge a partir das regiões circundantes, com pressões atmosféricas mais elevadas. Podem elevar-se camadas de ar numa extensão de centenas de quilômetros. Este fenômeno tende a resultar na formação de nuvens – as chamadas «nuvens dinâmicas». O movimento ascendente de ar é mais fraco do que o associado à convecção e por isso as nuvens que se formam são geralmente menos desenvolvidas verticalmente que as que são geradas por convecção (formando-se, por exemplo, cirrostratos).

Nota: Nos anticiclones (centros de altas pressões), o ar flui para o exterior, afastando-se em espiral do centro. Isso acaba por resultar num movimento descendente do ar que contraria qualquer elevação do ar que pudesse levar à formação de nuvens. É por isso que os anticiclones estão geralmente associados a céu limpo.

3. Topografia que produz nuvens orográficas

Quando os ventos horizontais são confrontados com uma montanha, o ar é forçado a subir. Se o ar que se eleva arrefecer até à temperatura de orvalho, o vapor de água condensa e pode-se formar uma «nuvem orográfica». O tipo exato de nuvem depende da altura do obstáculo topográfico e da umidade e estabilidade do ar. Nas pequenas elevações, podem formar-se estratocúmulos; nas elevações médias – até cerca de 2000m – podem formar-se altocúmulos; e nas altas elevações, altocúmulos.

Nota: no outro lado do obstáculo, o ar desce, fica comprimido e aquece, o que não permite a formação de nuvens.

4. Levantamento Frontal

Numa frente, o encontro entre massas de ar a diferentes temperaturas e umidades faz com que o ar mais quente ascenda por cima do ar frio que, como é mais denso, tende a ficar perto do solo. A ascensão do ar acaba por resultar na formação de nuvens que surgem logo à frente da superfície frontal no solo, no caso de uma frente fria, e bastante à frente da superfície frontal no solo no caso de uma frente quente (ver frentes).

Instabilidade na atmosfera

Diz-se que a atmosfera está estável quando a ascensão de ar é improvável (uma bolha de ar em ascensão volta a descer porque está mais fria do que o ar ambiente). Diz-se que a atmosfera está instável quando a ascensão de ar é provável (uma bolha de ar em ascensão pode continuar a subir porque continua mais quente do que o ar ambiente).

Quando uma bolha de ar sobe, passa de uma altitude em que a pressão atmosférica é maior para outra em que ela é menor. Como a pressão exterior diminui, a bolha de ar expande-se, aumentando o seu volume. Como o ar é um bom isolante térmico podemos considerar que toda a energia dispendida para a expansão («empurrando o ar ambiente à sua volta») vem das moléculas dentro da própria bolha de ar, ou seja, que a expansão é um processo adiabático. Podemos ignorar as fugas para o exterior e considerar que o ar se esfria apenas por descompressão: a temperatura diminui se se reduz a pressão e vice versa. As moléculas de ar perderão alguma energia cinética e o ar arrefecerá. A taxa de arrefecimento é aproximadamente constante: cerca de 9,8º C/km para ar seco (não saturado). Quando o ar desce, é comprimido e aquece também segundo a mesma taxa (9,8º C/km).

Suponhamos que uma bolha de ar com uma temperatura média de a 9,8ºC está à superfície e a temperatura do ponto de orvalho é 0ºC. Se o ar ascende, ficará saturado à altitude de 1 km. Se continuar a ascender, continuará a expandir-se e a arrefecer mas agora agora o ar estará saturado. Haverá então condensação de vapor de água que libertará calor latente, contrariando ligeiramente o arrefecimento associado. Por isso, a taxa de arrefecimento adiabático para ar úmido (saturado) é ligeiramente menor: cerca de 6º C/km.

A atmosfera é dita absolutamente instável (uma situação não muito comum) se a taxa de arrefecimento da temperatura do ambiente com a altitude for maior do que 9,8ºC. Nessa situação, uma bolha de ar em ascensão estará sempre mais quente que o ambiente. Se essa taxa for menor do que 6ºC, a atmosfera é dita absolutamente estável. Nessa situação, uma bolha de ar em ascensão estará sempre mais fria do que o ambiente. Se a taxa de arrefecimento da temperatura do ambiente com a altitude cair algures entre 9,8 e 6ºC (uma situação muito comum), a atmosfera é dita condicionalmente instável. Nessa situação, uma bolha de ar em ascensão continuará a subir ou não, dependendo do ar ficar ou não saturado no seu caminho ascendente.


Classificação/tipos de nuvens:

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a. Nuvens altas – 6000 a 12000 metros

  • Cirros (Ci) – Nuvens isoladas – filamentos brancos e delicados – bancos ou faixas estreitas brancas ou quase brancas. Aspecto fibroso ou sedoso.
  • Cirro-cúmulos (Cc) – Lençol ou camada delgada de nuvens brancas, sem sombras próprias, constituídas por elementos muito pequenos, ligados ou não e dispostos mais ou menos regularmente.
  • Cirrostratos (Cs) – Véu nebuloso transparente e esbranquiçado, de aspecto fibroso ou liso, que cobre total ou parcialmente o céu.

b. Nuvens médias – 2000 a 6000 metros

  • Altocúmulos (Ac) – Lençol ou camada de nuvens brancas ou cinzentas, geralmente com sombras próprias, constituídas por lâminas. Ás vezes parcialmente fibrosas ou difusas, ligados ou não.
  • Altostratos (As) – Lençol ou camada de nuvens acinzentadas ou azuladas de aspecto estriado, fibroso ou uniforme, que cobre total ou parcialmente o céu, e tem proporções suficientemente ténues para que se veja o sol.

c. Nuvens baixas – Solo a 2000 metros

  • Estratocúmulos (Sc) – Lençol ou camada de nuvens cinzentas ou esbranquiçadas, quase sempre com porções escuras, de aspecto não fibroso, ligados ou não.
  • Estratos (St) – Camada nebulosa, geralmente cinzenta, de base bastante uniforme. Quando se vê o sol através da camada, o contorno é nítido. A precipitação, quando existe, é sob a forma de chuvisco.
  • Nimbostratos (Ns) – Camada nebulosa cinzenta, muitas vezes sombria. O aspecto torna-se difuso pela queda mais ou menos contínua de chuva ou neve. É suficientemente espesso para ocultar o sol. Por baixo da camada existem frequentemente nuvens baixas esfarrapadas, ligadas ou não a ela.

d. Nuvens de desenvolvimento vertical – 500 a 12000 metros

  • Cumulos (Cu) – Nuvens isoladas, geralmente densas e de contornos nítidos. Desenvolvem-se verticalmente em forma de montículos, cúpulas, torres, etc; cuja região superior parece uma couve-flor. As proporções iluminadas pelo sol são quase sempre de um branco brilhante, enquanto a base é realmente sombria, e sensivelmente horizontal. Estas nuvens (Cu) são, às vezes esfarrapadas. Os cúmulos podem ainda ser divididos em:
  • Cúmulos humilis
  • Cúmulos mediocris
  • Cúmulos congestus
  • Cúmulonimbus (Cb) – Nuvem densa e forte, de grande extensão vertical, em forma de montanha ou enormes torres. A região superior, pelo menos em parte é, em regra lisa, fibrosa ou estriada, e quase sempre achatada. Esta parte espraia-se frequentemente em forma de bigorna.

As nuvens de desenvolvimento vertical são as que maior importância tem para o voo, uma vez que materializam as maiores ou menores massas de ar ascendente, possibilitando-nos a sua visualização e facilitando o seu aproveitamento.

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A forma e desenvolvimento destas nuvens permitam avaliar a força ou dimensão das ascendentes, evidenciando eventuais perigos com turbulências demasiado violentas para o parapente, no caso dos Cúmulos congestos ou Cumulonimbos de grande desenvolvimento.

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Estes 2 tipos de cúmulos são também conhecidos por tubarões dos céus e representam um perigo mortal para o parapentista, pelo que não devemos de modo nenhum voar nesses dias de forte instabilidade.

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Veja a continuação em Meteorologia – Capítulo 4

Créditos: Federação Portuguesa de Voo Livre

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