METEOROLOGIA MARÍTIMA

A meteorologia marítima é um subcampo da meteorologia que trata do tempo e do clima, bem como das condições oceânicas associadas em ambientes marinhos, insulares e costeiros. Os meteorologistas marinhos coletam e analisam dados meteorológicos e oceanográficos, fazem previsões meteorológicas marinhas e fornecem serviços meteorológicos marinhos para apoiar atividades marinhas e costeiras, incluindo, entre outras, transporte marítimo, pesca, turismo, perfuração de petróleo offshore e operações de mineração, controle de derramamento de óleo, offshore captação de energia eólica e das marés, busca e salvamento no mar e operações navais. As interações entre a atmosfera e o oceano criam uma estrutura dinâmica única para os princípios fundamentais da meteorologia marinha e a necessidade de empregar modelos acoplados ar-mar para a previsão do tempo marinho.

Convecção

Para entender o clima, os meteorologistas estudam os padrões atmosféricos. O padrão atmosférico mais familiar que impulsiona o tempo e o clima é a convecção, o processo de subida do ar mais quente e descida do ar mais frio e denso. A convecção resulta em uma transferência de energia, calor e umidade – os blocos básicos de construção do clima. A convecção global é amplamente impulsionada pelas células Hadley. As células de Hadley são padrões de convecção tropical e equatorial.

Meteorologia de maneira geral é o estudo da atmosfera, dos fenômenos atmosféricos e dos efeitos atmosféricos em nosso clima . A atmosfera é a camada gasosa do ambiente físico que envolve um planeta. A atmosfera da Terra tem aproximadamente 100 a 125 quilômetros (65-75 milhas) de espessura. A gravidade impede que a atmosfera se expanda muito mais.

A meteorologia é uma subdisciplina das ciências atmosféricas , termo que abrange todos os estudos da atmosfera. Uma subdisciplina é um campo de estudo especializado dentro de um assunto ou disciplina mais ampla. A climatologia e a aeronomia também são subdisciplinas das ciências atmosféricas. A climatologia se concentra em como as mudanças atmosféricas definem e alteram os climas do mundo . Aeronomia é o estudo das partes superiores da atmosfera, onde ocorrem processos químicos e físicos únicos. A meteorologia concentra-se nas partes mais baixas da atmosfera, principalmente na troposfera , onde ocorre a maior parte do clima.

Os meteorologistas usam princípios científicos para observar, explicar e prever o nosso tempo. Freqüentemente, eles se concentram em pesquisas atmosféricas ou previsões meteorológicas operacionais. Os meteorologistas pesquisadores cobrem várias subdisciplinas da meteorologia, incluindo: modelagem climática , sensoriamento remoto, qualidade do ar, física atmosférica e mudanças climáticas. Eles também pesquisam a relação entre a atmosfera e os climas, oceanos e vida biológica da Terra.

Os meteorologistas utilizam essa investigação, juntamente com dados atmosféricos, para avaliar cientificamente o estado atual da atmosfera e fazer previsões sobre o seu estado futuro. As condições atmosféricas na superfície da Terra e acima são medidas a partir de uma variedade de fontes: estações meteorológicas, navios, bóias, aeronaves, radar , balões meteorológicos e satélites . Esses dados são transmitidos para centros em todo o mundo que produzem análises computacionais do clima global. As análises são repassadas aos centros meteorológicos nacionais e regionais, que alimentam esses dados em computadores que modelam o estado futuro da atmosfera. Esta transferência de informação demonstra como o clima e o seu estudo ocorrem de maneiras múltiplas e interligadas.

Escalas de Meteorologia

O clima ocorre em diferentes escalas de espaço e tempo. As quatro escalas meteorológicas são: microescala, mesoescala, escala sinótica e escala global. Os meteorologistas geralmente se concentram em uma escala específica em seu trabalho.

Meteorologia em Microescala
A meteorologia em microescala concentra-se em fenômenos que variam em tamanho de alguns centímetros a alguns quilômetros e que têm vida útil curta (menos de um dia). Estes fenómenos afectam áreas geográficas muito pequenas, bem como as temperaturas e os terrenos dessas áreas.

Os meteorologistas em microescala frequentemente estudam os processos que ocorrem entre o solo, a vegetação e as águas superficiais próximas ao nível do solo. Eles medem a transferência de calor, gás e líquido entre essas superfícies. A meteorologia em microescala geralmente envolve o estudo da química.

O rastreamento de poluentes atmosféricos é um exemplo de meteorologia em microescala. MIRAGE-México é uma colaboração entre meteorologistas dos Estados Unidos e do México. O programa estuda as transformações químicas e físicas de gases e aerossóis na poluição que cerca a Cidade do México. MIRAGE-México utiliza observações de estações terrestres , aeronaves e satélites para rastrear poluentes.

Meteorologia de Mesoescala

Os fenômenos de mesoescala variam em tamanho de alguns quilômetros a aproximadamente 1.000 quilômetros (620 milhas). Dois fenômenos importantes são complexos convectivos de mesoescala (MCC) e sistemas convectivos de mesoescala (MCS). Ambos são causados ​​por convecção , um importante princípio meteorológico.

A convecção é um processo de circulação . O fluido mais quente e menos denso sobe e o fluido mais frio e denso desce. O fluido que a maioria dos meteorologistas estuda é o ar. (Qualquer substância que flua é considerada um fluido.) A convecção resulta numa transferência de energia, calor e humidade – os blocos básicos de construção do clima. Tanto no MCC quanto no MCS, uma grande área de ar e umidade é aquecida durante o meio do dia – quando o ângulo do sol está no máximo. À medida que esta massa de ar quente sobe para a atmosfera mais fria, condensa- se em nuvens , transformando o vapor de água em precipitação . Um MCC é um sistema único de nuvens que pode atingir o tamanho do estado de Ohio e produzir fortes chuvas e inundações. Um MCS é um aglomerado menor de tempestades que dura várias horas. Ambos reagem a transferências únicas de energia, calor e umidade causadas pela convecção. A campanha de campo Deep Convective Clouds and Chemistry (DC3) é um programa que estudará tempestades e nuvens de trovoada no Colorado, Alabama e Oklahoma. Este projeto irá considerar como a convecção influencia a formação e o movimento das tempestades, incluindo o desenvolvimento de raios. Estudará também o seu impacto nas aeronaves e nos padrões de voo. O programa DC3 usará dados coletados de aeronaves de pesquisa capazes de sobrevoar tempestades. Meteorologia em escala sinótica Os fenômenos em escala sinótica cobrem uma área de várias centenas ou mesmo milhares de quilômetros. Os sistemas de alta e  baixa pressão vistos nas previsões meteorológicas locais são sinópticos em escala. A pressão, tal como a convecção, é um princípio meteorológico importante que está na origem de sistemas meteorológicos de grande escala tão diversos como furacões e surtos de frio intenso. Os sistemas de baixa pressão ocorrem onde a pressão atmosférica na superfície da Terra é menor que a do ambiente circundante. O vento e a umidade de áreas com maior pressão procuram sistemas de baixa pressão. Este movimento, em conjunto com a força e fricção de Coriolis, faz com que o sistema gire no sentido anti-horário no Hemisfério Norte e no sentido horário no Hemisfério Sul, criando um ciclone.

Os ciclones têm tendência ao movimento vertical ascendente. Isso permite que o ar úmido da área circundante suba, se expanda e se condense em vapor d’água, formando nuvens. Este movimento de umidade e ar causa a maioria dos nossos eventos climáticos.

Os furacões são o resultado de sistemas de baixa pressão (ciclones) que se desenvolvem sobre águas tropicais no Hemisfério Ocidental. O sistema suga grandes quantidades de umidade quente do mar, causando a convecção, o que por sua vez faz com que a velocidade do vento aumente e a pressão caia. Quando esses ventos atingem velocidades superiores a 119 quilômetros por hora (74 milhas por hora), o ciclone é classificado como furacão.

Os furacões podem ser um dos desastres naturais mais devastadores do Hemisfério Ocidental. O Centro Nacional de Furacões , em Miami, Flórida, emite regularmente previsões e relatórios sobre todos os sistemas climáticos tropicais. Durante a temporada de furacões, os especialistas em furacões emitem previsões e avisos para cada tempestade tropical no Atlântico tropical ocidental e no Pacífico tropical oriental. As empresas e funcionários governamentais dos Estados Unidos, das Caraíbas, da América Central e da América do Sul confiam nas previsões do Centro Nacional de Furacões.

Os sistemas de alta pressão ocorrem onde a pressão atmosférica na superfície da Terra é maior do que o ambiente circundante. Esta pressão tem tendência ao movimento vertical descendente, permitindo ar seco e céu limpo.

As temperaturas extremamente baixas são o resultado de sistemas de alta pressão que se desenvolvem sobre o Ártico e se movem sobre o Hemisfério Norte. O ar do Ártico é muito frio porque se desenvolve sobre o gelo e o solo coberto de neve. Este ar frio é tão denso que empurra a superfície da Terra com extrema pressão, evitando que qualquer umidade ou calor permaneça dentro do sistema.

Os meteorologistas identificaram muitas áreas semipermanentes de alta pressão. A alta dos Açores, por exemplo, é uma região relativamente estável de alta pressão em torno dos Açores, um arquipélago no meio do Oceano Atlântico. A alta dos Açores é responsável pelas temperaturas áridas da bacia do Mediterrâneo , bem como pelas ondas de calor do verão na Europa Ocidental.

Meteorologia em Escala Global
Os fenômenos em escala global são padrões climáticos relacionados ao transporte de calor, vento e umidade dos trópicos para os pólos. Um padrão importante é a circulação atmosférica global , o movimento de ar em grande escala que ajuda a distribuir a energia térmica (calor) pela superfície da Terra.

A circulação atmosférica global é o movimento bastante constante dos ventos em todo o globo. Os ventos se desenvolvem à medida que as massas de ar se movem de áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão. A circulação atmosférica global é em grande parte impulsionada pelas células de Hadley . As células de Hadley são padrões de convecção tropical e equatorial . A convecção impulsiona o ar quente para o alto da atmosfera, enquanto o ar frio e denso empurra para baixo em um ciclo constante. Cada loop é uma célula de Hadley.

As células de Hadley determinam o fluxo dos ventos alísios , previstos pelos meteorologistas. As empresas, especialmente as que exportam produtos através dos oceanos, prestam muita atenção à força dos ventos alísios porque ajudam os navios a viajar mais rapidamente. Os ventos de oeste são ventos que sopram do oeste nas latitudes médias . Mais perto do Equador, os ventos alísios sopram do nordeste (norte do Equador) e sudeste (sul do Equador).

Os meteorologistas estudam padrões climáticos de longo prazo que perturbam a circulação atmosférica global. Os meteorologistas descobriram o padrão do El Niño, por exemplo. El Niño envolve correntes oceânicas e ventos alísios em todo o Oceano Pacífico. O El Niño ocorre aproximadamente a cada cinco anos, perturbando a circulação atmosférica global e afetando o clima e as economias locais, da Austrália ao Peru.

El Niño está ligado a mudanças na pressão do ar no Oceano Pacífico conhecido como Oscilação Sul . A pressão atmosférica cai no Pacífico oriental, perto da costa das Américas, enquanto a pressão atmosférica aumenta no Pacífico ocidental, perto das costas da Austrália e da Indonésia. Os ventos alísios enfraquecem. As nações do Pacífico Oriental sofrem chuvas extremas. As correntes oceânicas quentes reduzem os estoques de peixes , que dependem da ressurgência de água fria, rica em nutrientes, para prosperar. As nações do Pacífico Ocidental sofrem secas , devastando a produção agrícola.

Compreender os processos meteorológicos do El Niño ajuda os agricultores, pescadores e residentes costeiros a prepararem-se para o padrão climático.

História da Meteorologia

O desenvolvimento da meteorologia está profundamente ligado ao desenvolvimento da ciência, matemática e tecnologia. O filósofo grego Aristóteles escreveu o primeiro grande estudo da atmosfera por volta de 340 aC. Muitas das ideias de Aristóteles estavam incorretas, no entanto, porque ele não acreditava que fosse necessário fazer observações científicas.

A crescente crença no método científico mudou profundamente o estudo da meteorologia nos séculos XVII e XVIII. Evangelista Torricelli, um físico italiano , observou que as mudanças na pressão do ar estavam ligadas a mudanças no clima. Em 1643, Torricelli inventou o barômetro , para medir com precisão a pressão do ar. O barômetro ainda é um instrumento fundamental na compreensão e previsão de sistemas meteorológicos. Em 1714, Daniel Fahrenheit, um físico alemão, desenvolveu o termômetro de mercúrio . Esses instrumentos permitiram medir com precisão duas importantes variáveis ​​atmosféricas.

Não havia como transferir rapidamente dados meteorológicos até a invenção do telégrafo pelo inventor americano Samuel Morse em meados do século XIX. Utilizando esta nova tecnologia, os escritórios meteorológicos conseguiram partilhar informações e produzir os primeiros mapas meteorológicos modernos. Esses mapas combinavam e exibiam conjuntos de informações mais complexos, como isóbaras (linhas de igual pressão atmosférica) e isotermas (linhas de igual temperatura). Com esses mapas meteorológicos em grande escala, os meteorologistas poderiam examinar um quadro geográfico mais amplo do clima e fazer previsões mais precisas.

Na década de 1920, um grupo de meteorologistas noruegueses desenvolveu os conceitos de massas e frentes de ar que são os blocos de construção da previsão meteorológica moderna. Usando leis básicas da física, estes meteorologistas descobriram que enormes massas de ar frio e quente se movem e se encontram em padrões que são a raiz de muitos sistemas climáticos.

As operações militares durante a Primeira Guerra Mundial e a Segunda Guerra Mundial trouxeram grandes avanços à meteorologia. O sucesso destas operações dependeu altamente do clima em vastas regiões do globo. Os militares investiram pesadamente em treinamento, pesquisa e novas tecnologias para melhorar sua compreensão do clima. A mais importante dessas novas tecnologias foi o radar, desenvolvido para detectar a presença, direção e velocidade de aeronaves e navios. Desde o final da Segunda Guerra Mundial, o radar tem sido usado e aprimorado para detectar a presença, direção e velocidade da precipitação e dos padrões de vento.

Os desenvolvimentos tecnológicos das décadas de 1950 e 1960 tornaram mais fácil e rápido para os meteorologistas observar e prever sistemas meteorológicos em grande escala. Durante a década de 1950, os computadores criaram os primeiros modelos das condições atmosféricas, analisando centenas de pontos de dados através de equações complexas. Esses modelos foram capazes de prever o clima em grande escala, como a série de sistemas de alta e baixa pressão que circundam nosso planeta.

O TIROS I, o primeiro satélite meteorológico, forneceu a primeira previsão meteorológica precisa do espaço em 1962. O sucesso do TIROS I levou à criação de satélites mais sofisticados. Sua capacidade de coletar e transmitir dados com extrema precisão e velocidade os tornou indispensáveis ​​para os meteorologistas. Satélites avançados e os computadores que processam seus dados são as principais ferramentas utilizadas na meteorologia hoje.

Meteorologia hoje

Os meteorologistas de hoje têm uma variedade de ferramentas que os ajudam a examinar, descrever, modelar e prever sistemas meteorológicos. Estas tecnologias estão sendo aplicadas em diferentes escalas meteorológicas, melhorando a precisão e a eficiência das previsões.

O radar é uma importante tecnologia de sensoriamento remoto usada em previsões. Uma antena parabólica é um sensor ativo, pois envia ondas de rádio que refletem nas partículas da atmosfera e retornam à antena. Um computador processa esses pulsos e determina a dimensão horizontal das nuvens e da precipitação, e a velocidade e direção em que essas nuvens se movem.

Uma nova tecnologia, conhecida como radar de dupla polarização , transmite pulsos de ondas de rádio horizontais e verticais. Com este pulso adicional, o radar de dupla polarização é mais capaz de estimar a precipitação. Também é mais capaz de diferenciar os tipos de precipitação – chuva, neve, granizo ou granizo. O radar de polarização dupla melhorará muito as previsões de inundações repentinas e de inverno.

A pesquisa de tornados é outro componente importante da meteorologia. A partir de 2009, a Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA) e a National Science Foundation conduziram o maior projeto de pesquisa sobre tornados da história, conhecido como VORTEX2. A equipa VORTEX2, composta por cerca de 200 pessoas e mais de 80 instrumentos meteorológicos, viajou mais de 16.000 quilómetros (10.000 milhas) através das Grandes Planícies dos Estados Unidos para recolher dados sobre como, quando e porquê os tornados se formam. A equipe fez história ao coletar dados extremamente detalhados antes, durante e depois de um tornado específico. Este tornado é o mais intensamente examinado na história e fornecerá informações importantes sobre a dinâmica dos tornados.

Os satélites são extremamente importantes para a nossa compreensão dos fenómenos meteorológicos à escala global. A Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) e a NOAA operam três Satélites Ambientais Operacionais Geoestacionários (GOES) que fornecem observações meteorológicas para mais de 50% da superfície da Terra.

O GOES-15, lançado em 2010, inclui um gerador de imagens de raios X solares que monitora os raios X do Sol para a detecção precoce de fenômenos solares, como erupções solares . As explosões solares podem afetar as comunicações militares e comerciais por satélite em todo o mundo. Um gerador de imagens altamente preciso produz imagens visíveis e infravermelhas da superfície da Terra, dos oceanos, da cobertura de nuvens e do desenvolvimento de tempestades severas. As imagens infravermelhas detectam o movimento e a transferência de calor, melhorando nossa compreensão do equilíbrio energético global e de processos como aquecimento global , convecção e condições climáticas severas.

Os instrumentos meteorológicos encontrados normalmente transportados a bordo de navios mercantes são os seguintes:

Barômetro. Este instrumento mede a pressão atmosférica (geralmente em milibares). Eles podem ser barômetros de mercúrio ou barômetros aneróides. O primeiro tipo usa uma coluna de mercúrio para medir a pressão, enquanto o aneróide usa um diafragma de metal.

Termômetro. Isto é usado para medir a temperatura do ar ambiente, bem como a temperatura da água do mar.

Higrômetro. O higrômetro consiste em um termômetro de bulbo “úmido” e um “seco”, montado em um recipiente com persianas chamado tela de Stevenson. É usado para medir a umidade do ar, ou seja, a capacidade de transporte de água do ar.

Anemômetro e cata-vento. Esses dois instrumentos podem ser montados como dois instrumentos separados ou como uma única unidade combinada. O anemômetro mede a velocidade do vento enquanto o cata-vento mede a direção do vento.

Barógrafo. Um barógrafo é usado para medir e registrar a pressão do ar durante um período de tempo, ou seja, uma semana.

O oficial de náutica também utiliza mapas meteorológicos que recebe de terra em forma de fac-símile via rádio. Um mapa meteorológico também pode ser construído a partir de dados meteorológicos coletados pelos escritórios meteorológicos em terra e fornece uma imagem gráfica do clima em uma área. Mostra isóbaras (linhas de igual pressão), presença de frentes e vento.