Nesta unidade temática, você vai aprender

• A conhecer as leis básicas do movimento horizontal na atmosfera;

• A relacionar a força de Coriolis com o sentido da circulação atmosférica;

• A analisar a influência das diferentes topografias na velocidade dos ventos;

• A compreender os princípios da divergência/convergência e vorticidade nos processos atmosféricos;

• A compreender que os padrões de pressão e velocidade dos ventos mudam com a altitude;

• A conhecer as principais características dos cinturões de ventos globais;

• A analisar as consequências dos fenômenos El Niño e La Niña no Brasil.

Movimentos atmosféricos e circulação geral da atmosfera 

Neste capítulo, estudaremos os movimentos atmosféricos e a circulação geral da atmosfera.

Movimento horizontal

BARRY e CHORLEY (2013) mostram que há controles sobre o movimento horizontal do ar perto da superfície da Terra: a força de gradiente de pressão, a força de Coriolis e as forças friccionais.

- Força de gradiente de pressão: acelera o ar das regiões de alta pressão para as regiões de baixa pressão. É a força exercida pela colisão das moléculas do ar. No caso da atmosfera, a pressão é definida como o peso da coluna de ar sobre a unidade de área. A força gravitacional faz com que as moléculas de ar se comprimam nos níveis mais próximos à superfície. A diminuição gradativa da massa do ar quando se vai para os níveis mais altos faz com que o peso, ou seja, a pressão, diminua com a altura. 

- Força de Coriolis: o movimento de rotação da Terra, de oeste para leste, faz com que o ar em movimento sofra um desvio. No hemisfério norte, a força de Coriolis desvia o ar para a direita. No hemisfério sul, desvia o ar para a esquerda (Figura 2). 

O efeito do movimento de Coriolis faz com que os furacões girem no hemisfério sul no sentido horário e no hemisfério norte no sentido anti-horário.

- Forças friccionais: força decorrente do atrito com a superfície da Terra desacelera os ventos próximos à superfície. Essa força faz com que um corpo em movimento e em contato com uma superfície pare após um certo tempo, através do atrito do corpo com as rugosidades da superfície. 

Segundo BARRY e CHORLEY (2013), o movimento do ar é descrito por suas componentes horizontais e verticais. O gradiente de pressão horizontal, o efeito rotacional da Terra (força de Coriolis) e a curvatura das isóbaras (linhas que unem a mesma pressão) determinam a velocidade horizontal do vento. Abaixo de 1.500 metros, a velocidade e direção do vento são afetadas pelo atrito superficial. 

O ar sobe e desce, em associação com a convergência e divergência, respectivamente. Onde há massas de ar frio descendentes, geram-se regiões de alta pressão atmosféricas. Onde massas de ar ascendem, há regiões de baixa pressão atmosférica (Figura 3).

Os ciclones são centros de baixa pressão (BP), favorecendo a formação de nuvens e precipitação. Os ciclones promovem a instabilidade do ar e o desenvolvimento vertical de nuvens cumuliformes associadas a fortes chuvas.

Conforme o ar flui dos centros de alta pressão (AP) para um centro de baixa pressão (BP), pela ação do gradiente de pressão, é defletido pela força de Coriolis de tal modo que os ventos circulam em espiral. Um anticiclone é uma região de ar subsidente e estável e não promove formação de nuvens, ao contrário do ciclone (BP), que transporta o ar para cima. A velocidade desse movimento vertical para cima é pequena, geralmente menor que 1 km/dia. O ar ascendente sofre resfriamento adiabático e aumento de umidade relativa, causando, portanto, a instabilidade atmosférica.

Classificação dos ventos

Circulação geral da atmosfera

A circulação do ar na escala global é composta de um complexo conjunto de sistemas de ventos e pressão. Vamos, inicialmente, considerar que a Terra está parada (sem rotação) e que a superfície é toda homogênea.  A energia solar absorvida na região equatorial, por unidade de área, é maior do que a absorvida nas regiões polares. O ar equatorial, em contato com a superfície, irá então aquecer mais nessa região do que nos pólos. O ar equatorial torna-se mais “leve” e, portanto, sobe, enquanto o ar das regiões polares, mais frio e pesado, desce. Por uma questão de continuidade de massa, estabelece-se, então, uma “célula de circulação”: o ar na superfície, que vem dos polos, sobe para os altos níveis no equador, retorna aos polos em altos níveis e desce nessas regiões, fechando, assim, a circulação da célula.

Vamos, agora, permitir que a Terra adquira um movimento de rotação. Pelo efeito da força de Coriolis, os ventos em superfície, que sopram de norte no Hemisfério Norte irão se transformar agora em ventos de nordeste, enquanto no Hemisfério Sul, que vinham do sul, irão se transformar em ventos de sudeste.

Os ventos na superfície serão:

1.    de nordeste, entre cerca de 30°N e o equador, e de sudeste entre 30°S (os quais existem e chamam-se “ventos alísios”);

2.    de sudoeste entre 30°N e 60°N, e no noroeste entre 30°S e 60°S (os quais existem e chamam-se “ventos de oeste”);

3.    de noroeste entre 60°N e 90°N, e de sudeste entre 60°S e 90°S (os quais existem e chamam-se “ventos polares”); 

Analisando a Figura 4, observamos o aparecimento de 3 pares de Células de Circulação, na escala global: Célula de Hadley (entre 0° e 30°); Célula de Ferrel (entre 30° e 60°); e Célula Polar (entre 60° e 90°). 

1. Célula de Hadley (entre 0° e 30°): o ar convergente de ambos hemisférios ascende no equador (0° de latitude) e sobe ao chegar na tropopausa. Região de maior precipitação. Esse ar em altitude torna-se seco e se desloca para o norte e para o sul e desce, aproximadamente, entre a latitude de 20° a 30° tanto no Norte quanto no Sul. Ali originam-se os ventos alísios que se deslocam para o equador e que são desviados pela força de Coriolis. No hemisfério norte, os alísios vêm de nordeste e, no hemisfério sul, vêm de sudeste. Assim, os ventos alísios ao se encontrarem no equador, zona de fraco gradiente de pressão, fecham a célula de Hadley. As zonas de aproximadamente 20° a 30° de latitude são zonas de subsidência de ar, ou seja, zonas de alta pressão atmosférica (30°N e 30°S).

2. Célula de Ferrel (entre 30° e 60°): nas zonas de cerca de 30° de latitude, tanto norte quanto sul, a subsidência do ar fará com que parte dele siga pela superfície terrestre em direção ao polo norte e ao polo sul. São ventos mais variáveis do que os ventos alísios. Os ventos irão seguir aproximadamente na latitude de 60° e ascender, formando um centro de baixa pressão atmosférica (baixa pressão subpolar). Ao chegar nos níveis superiores da tropopausa, parte irá seguir para o polo e parte para a latitude 30°, fechando, assim, a célula de Ferrel.

3. Célula Polar (entre 60° e 90°): forma-se a célula polar quando os ventos de alta pressão vindos do polo pela superfície ascendem na latitude entre 50° e 60° junto com os ventos trazidos pela célula de Ferrel. Ao ascender nessa baixa pressão subpolar, seguirão pela tropopausa até o polo, onde ocorrerá a subsidência do ar e, portanto, a alta pressão polar, fechando, assim, a célula polar.

Observa-se na Figura 6 dois desenhos do planeta Terra: o primeiro sem continentes e o segundo com continentes. As setas representam os ventos. Portanto, se a superfície fosse uniforme, sem continentes, como mostra o primeiro desenho, teríamos faixas zonais de baixa pressão e de alta pressão, seguindo as células de Hadley, Ferrel e Polar. Entretanto, com a presença dos continentes, a distribuição zonal é substituída por células semipermanentes, por sofrerem variações sazonais de temperatura que fortalecem ou enfraquecem essas células. 

Zona de convergência intertropical

A zona de convergência intertropical (ZCIT), como vimos na célula de Hadley, é a ascensão do ar no Equador. No verão, para o hemisfério norte, os raios solares atingem num ângulo de 90° o Trópico de Câncer e, com isso, o equador térmico se desloca um pouco para o norte. Já no verão no hemisfério sul, os raios solares incidem num ângulo de 90° no Trópico de Capricórnio e o equador térmico desloca-se um pouco para o Sul (Figura 7). Por isso, as precipitações ocorrem no verão tropical. Nos equinócios, os raios solares atingem um ângulo de 90° à linha do equador (Figura 8). 

El Niño e la Niña

O fenômeno El Niño é o aquecimento anormal do Oceano Pacífico Equatorial que provoca mudanças na circulação geral da atmosfera, causando fenômenos como seca e enchentes em várias partes do planeta.

Em anos sem a presença do El Niño e da La Niña, as águas do Oceano Pacífico Equatorial Oeste são mais quentes do que junto à costa Oeste da América do Sul, onde as águas do Pacífico são um pouco mais frias (corrente fria de Humboldt). A circulação do ar que sobe no Pacífico Equatorial Central e vai para Leste em altos níveis da atmosfera e desce no Pacífico Leste, em conjunto com os ventos alísios, em baixos níveis da atmosfera, forma a célula de Walker. Como as águas do Oceano Pacífico Oeste são mais quentes, há mais evaporação e formam-se nuvens numa grande área. Em regiões em que o ar vem de altos níveis da troposfera para níveis mais baixos, raramente há formação de nuvens de chuvas. Se próximo à superfície os ventos são de oeste para leste, em altos níveis ocorre o contrário, os ventos são de leste para oeste. Assim, o ar sobe no Oceano Pacífico Equatorial Central e Oeste e desce no Oceano Pacífico Leste junto à costa Oeste da América do Sul.

Os ventos alísios junto à costa da América do Sul favorecem o afloramento de águas profundas do oceano, fenômeno chamado de ressurgência. Como as águas mais frias têm mais oxigênio dissolvido (OD) e vêm carregadas de nutrientes e microrganismos vindos de profundidades maiores, atrai muitos cardumes de peixes e promove uma cadeia alimentar. Pássaros se alimentam de peixes que, por sua vez, se alimentam de microrganismos e nutrientes daquela região.

Em anos de El Niño, há uma mudança de posição do ramo ascendente da célula de Walker no Pacífico Equatorial que se desloca para o Pacífico Equatorial Leste. Formam-se, então, dois ramos descendentes, um na região que compreende o nordeste brasileiro e parte da Amazônia e outro na região da Indonésia. O ar que desce dos altos níveis da troposfera inibe a formação de nuvens. Essa é uma das explicações para as secas que ocorrem na região da Indonésia, Norte e Leste da Amazônia e Nordeste brasileiro em ano de El Niño. Já no Sul do Brasil, registram-se grandes volumes de precipitação em anos de El Niño.

O La Niña é um fenômeno oposto ao El Niño. La Niña é o resfriamento das águas do Oceano Pacífico Equatorial. Com a evaporação e os movimentos ascendentes que formam nuvens de chuva, a célula de Walker em ano de La Niña fica mais alongada que o normal, pois os ventos alísios estão mais intensos e as águas mais quentes ficam represadas mais a oeste que o normal. A região do nordeste do Oceano Índico e oeste do Oceano Pacífico passa a ter grande quantidade de chuva. No Pacífico Equatorial Central e Oriental ocorre os movimentos descendentes da célula de Walker, inibindo a formação de nuvens de chuva. Com os ventos alísios mais intensos, a ressurgência também irá aumentar no Pacífico Oriental, emergindo mais nutrientes das profundezas do Oceano e garantindo mais atividades pesqueiras.