Pratica 1
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Pratica 1
Pratica 1 Sondagem no diagrama termodinâmico de Skew-T E:\comet\mesoprim\skewt\aplication MDJMO_MS MDJMO_MS 1 2 Saturation mixing ratio lines represent constant values of water Ração de mistura saturada (ws) - vapor capacity. On the skew-T ws = Mv / Md ( gramos de vapor por kg de ar seco, usualmente é r) diagram, the saturation mixing-ratio (ws) lines are the slightly-curved, dashed lines sloping from the lower left to upper right. They are labeled at the bottom of the diagram for a range of 0.1 to 40.0 grams per kilogram; i.e., in parts of water vapor per 1000 parts of dry air. Note that since the vapor capacity of air varies non-linearly with temperature, the labeling interval A ração de mistura saturada á superfície se le directamente por interpolação da linha de ração de mistura saturada que corta a T a essa pressão (superfície) In this example, a parcel of air at 850 hPa with a temperature of 5°C has a saturation mixing ratio of 6.5 g/kg. for ws lines is not uniform. MDJMO_MS Ração de mistura (w) q = Mv / (Mv + Md) =10.28ºC 3 A Ração de mistura á superfície (w), se le directamente por interpolação, da linha de ração de mistura saturada que atravessa a curva Td com a pressão a superfície. In this example, a parcel of air at 850 hPa with a dewpoint of 6°C has a mixing ratio of 3 g/kg. In a sample of moist air, the mixing ratio (w) is the ratio of the mass of water vapor (Mv) to the mass of dry air (Md): w = Mv / Md The mixing ratio is expressed in parts per thousand, usually grams of water vapor per kilogram of dry air.The mixing ratio differs from the saturation mixing ratio in that it measures the actual amount of water vapor present, while the saturation mixing ratio measures the amount of water vapor that would be present at saturation. MDJMO_MS 5 Massa de vapor de água pela massa de ar húmido MDJMO_MS 4 In a sample of moist air, the mixing ratio (w) is the ratio of the mass of water vapor (Mv) to the mass of dry air (Md): w = Mv / Md The mixing ratio is expressed in parts per thousand, usually grams of water vapor per kilogram of dry air. The mixing ratio differs from the saturation mixing ratio in that it measures the actual amount of water vapor present, while the saturation mixing ratio measures the amount of water vapor that would be present at saturation. Specific humidity is the mass of water vapor per mass of moist air: q = Mv / (Mv + Md) However, for synoptic forecasting purposes, the mixing ratio is sufficiently representative, and is easier to evaluate. MDJMO_MS 6 1 Humidade relativa The relative humidity can be computed from the mixing ratio (w) and the saturation mixing ratio (ws) by the following equation: Temperatura virtual RH = 100 * (w/ws) In this example, a parcel of air at 850 hPa has a mixing ratio of 3 g/kg, a saturation mixing ratio of 6.5 g/kg, and a relative humidity of 46%. Note that the definition assumes a saturation mixing ratio (and relative humidity) for liquid water, not ice. MDJMO_MS 7 MDJMO_MS From the temperature curve at the given pressure, follow the dry adiabat to the 1000-hPa isobar. The isotherm value at this point is equal to the potential temperature of the air parcel. The dry adiabat is an isotherm of constant potential temperature. Thus air with a temperature of -30°C at 500 hPa (shown) has the same potential temperature as air with a temperature of 0°C at 750 hPa or 23°C at 1000 hPa. MDJMO_MS At a given pressure level, do the following: Determine the mixing ratio (w, in g/kg), which is the value of the saturation mixing ratio line passing through the dewpoint (Td), at a given pressure. The virtual temperature is then computed as follows: Tv ~ T + w/6 In this example: T = 5°C and Td = -6°C. Thus, w = 3.0 g/kg. Tv = T + w/6 = 5 + 3/6 = 5.5°C Temperatura potencial equivalente Temperatura potencial Tv de uma massa de ar húmido , é a T de ar seco, que a mesma pressão, tem a mesma densidade. From the dewpoint at the given pressure, draw a line upward parallel to the saturation mixingratio lines. Also, from the T curve at the given pressure, draw a line upward along a dry adiabat until it intersects the line drawn from the dewpoint. Recall that this level is the LCL. From the LCL, follow a saturation adiabat upward to a pressure where the saturation adiabat parallels the dry adiabat. This is the pressure level where all the moisture has been condensed out of the sample. 8 θe •From this pressure, pressure, follow a dry adiabat back to the original pressure. pressure. The isotherm value at this point is equal to the equivalent temperature (Te). In this example, example, air at 850 hPa with T = 10° 10°C and Td = -8°C has an equivalent temperature of 17° 17°C 9 MDJMO_MS 10 Pressão de vapor saturado (es) Temperatura equivalente - Te É a máxima temperatura que uma massa de ar pode alcançar por condensação. As vezes denominada temperatura equivalente adiabática MDJMO_MS 11 From the temperature (T) curve at the given pressure on the sounding, always follow the isotherm to the 622 hPa isobar. The value of the saturation mixing-ratio line, read by interpolation if necessary, through this point at 622 hPa gives the saturation vapor pressure in hectopascals (hPa) at the given pressure. In this example, air at a pressure of 850 hPa with a temperature of 3°C has a saturation vapor pressure of 7.5 hPa. Note that the procedure to find the vapor pressure is quite similar to the procedure to find the saturation vapor pressure. The only difference is that one starts with the dewpoint to find the vapor pressure, while one starts with the temperature to find the saturation vapor pressure. MDJMO_MS 12 2 Pressão de vapor Pressão de vapor saturante – (es) È a pressão parcial em que o vapor de água contribuiria a pressão atmosférica total, se o ar estiver saturado ( e)- È a parte da pressão atmosférica devida a presença de vapor MDJMO_MS 1 From the dewpoint (Td) curve at the given pressure on the sounding, always follow the isotherm to the 622 hPa isobar. 3 2 The value of the saturation mixing-ratio line, read by interpolation if necessary, through this point at 622 hPa gives the vapor pressure in hectopascals (hPa) at the given pressure. In this example, air at a pressure of 850 hPa with a dewpoint of -9°C has a vapor pressure of 3.0 hPa. MDJMO_MS 14 13 Nível de congelamento DEFINIÇÃO È o nível menor da sondagem com temperatura de 0°C . (Se a Tª da superfície for 0ªC, então é este nível da superfície o nivel de congelamento.) Skew-T Procedure From the surface, follow a 0°C isotherm upward until it crosses the temperature profile. That level is the freezing level. This sounding comes from Bahrain and was retrieved from the JAAWIN Website. A bold, blue line clearly denotes the 0°C isotherm, which crosses the temperature profile just above the 600-hPa isobar MDJMO_MS MDJMO_MS Chamamos assim, a altura na qual uma partícula de ar chega a estar saturada quando se ascende adiabáticamente Este nível, para uma partícula de superfície se encontra sempre por baixo ou a mesma altura que o CCL; pois quando o gradiente é ou pode chegar a ser o adiabático seco desde a superfície a base da nuvem o LCL e o CCL se identificam no mesmo ponto MDJMO_MS Se for abaixo de 1500m ou acima de 3500m, a ocorrência de granizo e ventos fortes é muito baixa. Se for cerca de 2500m acima da superfície, há grandes possibilidades de ventanias e granizo. 15 LCL Nível de condensação ascendente A altura em que a temperatura do termómetro molhado atinge 0°C é muito bem correlacionada com o grau de severidade da tempestade: 17 O LCL está localizado numa sondagem na intersecção da linha de ração d e mistura saturada, partindo da Td em terra com adiabática seca seguida desde a T da superfície. Neste examplo, ai na superfíce com T=9°C e Td=0°C Se torna saturated se lifted dry adiabatically to 870 hPa, which is the lifting condensation level. Note: When the moisture content in the near-surface layers varies significantly, an average moisture value of the lower layer may be used in place of the surface-parcel moisture value in computing the LCL. 16 LCL - Nível de condensação ascendente MDJMO_MS 18 3 CCL – Nível de condensação convectiva É a altura que uma partícula de ar, suficientemente aquecida desde a superfície ascendera adiabaticamente até a saturação. No caso mas comum. Isto representa a altura a altura da base da nuvem cumuliforme que se produzirá pela convecção termal de uma superfície quente MDJMO_MS 19 è a temperatura que a superfície deveria alcançar para provocar a formação de nuvens convectivas, pelo aquecimento solar das camadas de ar próximas a terra MDJMO_MS 21 From the convective condensation level (CCL) on the temperature profile, proceed downward along a dry adiabat to the surface-pressure isobar. The temperature read at this intersection is the convective temperature (Tc). In this example, the CCL lies at 750 hPa and the convective temperature is 20°C. MDJMO_MS È a temperatura mais baixa a que um volume de ar a pressão constante pode ser arrefecida por evaporação da água no seu seno. O calor requerido para a evaporação é tomado do mesmo ar MDJMO_MS 20 22 Temperatura do termómetro molhado (tw) At a given pressure level, do Temperatura do termómetro molhado (Tw) CCL – Nível de condensação convectiva Temperatura convectiva Temperatura convectiva Ascendemos pela curva do ponto de orvalho, a partir de Terra, até encontrara a linha de razão de mistura saturada, pelo que continuaremos ate cortar a curva de estado T, em cujo ponto de intersecção se encontrará nível de condensação buscado CCL. In this example, air at the surface with a dewpoint of 0°C would have a CCL of 750 hPa. Note: When the moisture content in the near-surface layers varies significantly, an average moisture value of the lower layer may be used in place of the surface-parcel moisture value in computing the MDJMO_MS CCL. 23 the following: From the temperature, proceed up along a dry adiabat. From the dewpoint proceed up along a mixing ratio line. From where the two lines intersect, proceed down the saturation adiabat to the original level. In this example, air at 850 hPa with T = 20°C and Td = 0°C has a wet-bulb MDJMO_MS 24 temperature of 10°C. 4 LFC Nível de livre convecção Níveis MDJMO_MS 25 É a altura a que uma partícula de ar ascendente pela adiabática seca ate ficar saturada e uma vez que se encontra aí, adiabaticamente saturada, , consegue estar mas quente que o ar que a rodeia (menos densa). Logo a partícula continuara ascendendo livremente por cima deste nível ate conseguir ficar mais fria (mas densa) que o ar que a rodeia In this example, the surface T = 9.5°C and Td=0°C, resulting in an LCL of 870 hPa and an LFC of 675 hPa. MDJMO_MS Continua É a altura mais baixa , dentro de um estrato que se misturado por perturbações do vento, ao qual a saturação é atingida após da mistura do mesmo. Se encontra buscando a intersecção da linha de ração de mistura saturada, através da ração de mistura media do estrato com adiabática seca media do estrato misturado MDJMO_MS 28 1º The determination of the MCL first requires estimation of the height of the top of the mixed layer. This is done subjectively using local forecasting methods. Once the top of the mixed layer is estimated, one must determine the mean dry adiabat and the mean mixing ratio of the mixed layer. The mean dry adiabat is determined from the sounding T curve by the equal-area method shown in the skew-T. The mean mixing ratio is determined from the sounding Td curve by the equal-area method shown in the skew-T. The MCL lies at the level of intersection of the mean saturation mixing-ratio line with the mean dry adiabat within the mixed layer. If these two lines intersect above the mixed layer, then the mixed air is too dry to reach saturation by the mixing process and no MCL exists. In this example, there is an MCL at 830 hPa, since it lies below the top of the mixed layer at 780 hPa. MDJMO_MS 27 MCL – Nível de condensação de mistura 26 MCL – Nível de condensação de mistura O LFC para uma partícula dada que consiga chegar saturada por elevação, se encontra a altura onde a adiabática saturada, partindo da T inicial da partícula do termómetro molhado corta a curva de estado da sondagem ao nível mas alto. Se a T tem ascendido por pelo aquecimento então devera usar a T do Tw correspondente a T convectiva Por vezes é mas real usar a Tw correspondente ao conteúdo de humidade nas camadas mais baixas da atmosfera em vez da T w na superfície MDJMO_MS adiabática saturada 1ª 29 MDJMO_MS 30 5 2º 1ª 2ª Por que? MCL MDJMO_MS Se não encontramos intersecção significa que o estrato é demasiado seco 31 Tropopausa θ A e a razão de mistura num estrato misturado e completamente saturado são constantes desde a superfície a cima de dito estrato. Pelo calcula de aproximação da áreas iguais podemos obter a T e humidade media de dito estrato MDJMO_MS 32 EL Nível de equilíbrio The tropopause is located at about 250 hPa, at the level where the lapse rate changes to much more stable, as shown by the inversion in the lower stratosphere above that level. Note also that the maximum wind speed (100 kt) occurs near the tropopause level. MDJMO_MS 33 MDJMO_MS MPL - maximum parcel level EL - Nível de equilíbrio È a altura onde a temperatura de uma partícula de ar ascendente volta a ser igual a temperatura que há rodeia From the LFC, proceed upward along a saturation adiabat until it intersects the temperature profile. The pressure at this intersection is the equilibrium level (EL). In this example, an air parcel lifted mechanically from the surface has an equilibrium level of 190 hPa. MDJMO_MS 35 34 Definition The maximum parcel level (MPL) is the level to which a parcel will travel before exhausting all of its upward momentum. When a parcel travels through the equilibrium level, its upward acceleration ceases as it becomes colder than its surroundings, but its upward momentum continues to propel the parcel to a higher level. Therefore, the MPL is always at a higher level than the equilibrium level. Practically speaking, the MPL is the maximum predicted height of a thunderstorm for a given sounding. MDJMO_MS 36 6 for a Heated Surface Parcel Nível de equilíbrio First, determine the equilibrium level (EL) for either a lifted or heated parcel, whichever is most appropriate for the situation. Then continue upward along a saturation adiabat until the negative area above the EL is equal to the positive area (CAPE) below the EL. MDJMO_MS Skew-T Procedure for a Heated Surface Parcel From the CCL, proceed upward along a saturation adiabat until intersecting the temperature profile. The pressure at this intersection is the equilibrium level (EL). In this example, an air parcel lifted convectively by heating has an equilibrium level of 170 hPa. 37 MDJMO_MS Definição Distancia vertical entre 2 superfícies isobáricas 39 ( CAPE Value 0 CAPE 0-1000 The convective available potential energy (CAPE) is represented by the area on a skew-T diagram enclosed by the environmental temperature profile and the moist adiabat running from the LFC to the EL. This area, depicted in this diagram, indicates the amount of buoyant energy available as the parcel is accelerated upward. CAPE is measured in units of joules per kilogram (J/kg). The larger the positive area, the higher the CAPE value and instability, and the greater the potential for strong and perhaps severe convection. This table offers a general correlation between CAPE and atmospheric stability, however CAPE climatologies vary widely. MDJMO_MS 41 THICKNESS - Espessura ) A camada de espessura esta Rd Tv Ln p1 / p2 relacionada com a ∆z = g temperatura media virtual (Tv) onde: ∆Z = espessura (m) •Note that for a given pair of pressures, pressures, the thickness is Rd = Cte do ar seco proportional to the mean virtual temperature (Tv) Tv) in the layer. layer. The 1000:500 hPa thickness chart is perhaps the most common = a temperatura media and is typically plotted with 6060-meter contours. contours. In this case, virtual (Tv)reflects da camada each contour a mean virtual temperature change of 3°C. 40 p1 = pressão da camada MDJMO_MS i f i MDJMO_MS 38 Stability Stable Marginally Unstable 1000-2500 Moderately Unstable 2500-3500 Very Unstable 3500 or greater Extremely Unstable CAPE may also be related to updraft velocity via the relation Wmax = sqrt(2*CAPE) So for a CAPE of 2500 J/kg, the maximum updraft velocity would be about 71 m/s!! In reality, water loading, entrainment, and other factors can reduce Wmax by as much as a factor of 2. MDJMO_MS 42 7 The convective inhibition (CIN) Energia potencial convectiva disponível θ p −θa ∫LCL θ a dz EL CAPE = g MDJMO_MS 43 The convective inhibition (CIN) is represented by the area on a skew-T diagram enclosed by the environmental temperature profile and the temperature of a parcel lifted from some originating level to the LFC. This area indicates the amount of energy required to lift the parcel to the LFC. CIN is measured in units of joules per kilogram (J/kg). The larger the negative area, the higher the CIN value, and the lower the likelihood of convective storms. One caveat is that if the CIN is large but storms manage to form, usually due to increased moisture and/or heating overcoming the CIN, then the storms are more likely to be severe. CIN is usually the result of a capping stable layer or inversion, with values of over 200 J/kg significantly inhibiting convective potential. MDJMO_MS 44 lifted index (LI) Índices de estabilidade The lifted index (LI) is calculated as the difference between the observed temperature at 500 hPa and the temperature of an air parcel lifted to 500 hPa from near the surface. The more unstable the environment, the more negative the LI. LI values have been empirically linked to convective events as follows: Todos estão baseados sobre o conceito de instabilidade potencial; muitos são usados para a previsão de chuviscos tanto de aquecimento como de ascensão LI Value -2 -3 to -5 -6 or less MDJMO_MS 45 Índice de Showalter Um dos primeiros desenvolvidos, dado em função de apenas 3 parâmetros: a temperatura do ar e do ponto de orvalho em 850hPa e da temperatura do ar em 500hPa. Não deve ser usado em regiões montanhosas MDJMO_MS A ó d t i ã d LCL ti d Weak Moderate Strong must be modified upward (i.e. less negative) for higher elevations in the West. As with CAPE, you should never rely solely on LI to evaluate the convective potential. MDJMO_MS 46 índex (SSI) Showalter stability index (SSI Severe Weather These threshold values are valid for the eastern 2/3 of the United States. The values Potential 47 MDJMO_MS Find the temperature (T) and dewpoint (Td) at 850 hPa From that T and Td, find the LCL From the LCL lift the parcel moist adiabatically to 500 hPa and find the parcel temperature (T′). Given the 500 hPa sounding temperature (T500), SSI is computed as follows: SSI = T500 - T′ 48 8 Indice Liftes Find the mean temperature (T) and dewpoint (Td) in the lowest 100 hPa. (+1,+3) algumas tempestades (-2,+1) boa probabilidade de trovoadas (-6,-3) tempestades severas < -6 possibilidade de tornado From those mean T and Td, located at the midpoint of the layer, find the LCL. obs: se os valores de temperatura e humidade em 850hPa não forem representativos das condições na camada limite, é preciso enriquecer a análise para não cometer erros: por exemplo, se a camada de ar húmido for até um pouco abaixo dos 850hPa, o Showalter indicará uma estabilidade maior do que o real From the LCL lift the parcel moist adiabatically to 500 hPa and find the parcel temperature (T′). Given the 500 hPa sounding temperature (T500), LI is computed as follows: LI = T500 - T′ MDJMO_MS 49 MDJMO_MS Índice levantado 50 Melhor índice levantado Devido às limitações do Showalter, o qual não inclui estimativas do ciclo diurno, foi criado o índice levantado. Considera a camada inferior de aproximadamente 100hPa de espessura, na qual é considerada a previsão de temperatura e também é estimada a razão de mistura média. A partir daí determina-se o LCL e segue-se a adiabática saturada até 500hPa, tendo atingido uma certa temperatura; o índice é dado pela subtração dessa temperatura da temperatura efetivamente observada em 500hPa, como no Showalter. Em geral, são menores do que o Showalter. Análogo ao anterior, mas ao invés de apenas uma estimativa como a descrita acima, utiliza-se duas ou mais na camada desde a superfície até 1600m, sendo escolhido o mais instável de todos como representativo. Índice levantado modelado Análogo ao índice levantado, baseia-se em parâmetros derivados de análises ou previsões de modelos numéricos. Índice total Totals Dado pela soma de outros dois índices convectivos, o Vertical Totals e o Cross Totals. * Vertical totals: expressa o lapse rate entre duas superfícies, em geral 850 e 500hPa, sendo que usualmente desenvolvimentos convectivos têm este índice maior do que 26: VT = T(850) - T(500) MDJMO_MS 51 MDJMO_MS 52 Cross totals: combinação do teor de humidade nos baixos níveis com as temperaturas superiores; usualmente, valores maiores do que 18 indicam (mas não garantem) desenvolvimentos convectivos: assim: CT = Td(850) - T(500) Totals = [T(850)+Td(850)] - 2T(500) MDJMO_MS 53 É aconselhável chegar a valores críticos para este índice conforme a região de interesse; de modo geral, o valor crítico é 44. Deve-se ter cuidado ao utilizálo pois é possível que haja grande influência do lapse rate e não tanto do teor de humidade na camada, podendo levar a inferências erróneas. MDJMO_MS 54 9 Índice SWEAT O Severe Weather Threat Index é bastante elaborado, pois é computado a partir de 5 termos: SWEAT =12Td(850)+20(TT49)+2V(850)+V(500)+125(S+0.2) humidade nos baixos níveis, pelo ponto de orvalho em 850hPa instabilidade, através do Totais jacto de baixos níveis, pelo vento em 850hPa jacto de altos níveis, pelo vento em 500hPa advecção quente, entre 850 e 500hPa É especificamente utilizado para tempestades de ordinárias a severas: SWEAT =12Td(850)+20(TT49)+2V(850)+V(500)+125(S+0.2) MDJMO_MS 55 Considera a integral em área no diagrama Skew T Log p desde a superfície até o nível de equilíbrio (aproximadamente 400hPa) em camadas discretas. Valores positivos (negativos) da soma das áreas são associados a condições instáveis (estáveis). MDJMO_MS MDJMO_MS 56 Índice de Fawbush-Miller Índice de energia onde: - TT é o valor do índice Totais; - S é função da diferença de direcção entre o vento de 500 e o de 850hPa; - os termos negativos são levados para zero e valores acima de 250 são considerados indicativos de condições significativas. Envolve considerações sobre um estrato húmido de superfície, definida por um limite superior dado por valores de humidade relativa menores do que 65%. Para esta, avalia-se a temperatura do termómetro molhado e segue-se pela adiabática saturada até 500hPa, determinando uma temperatura; a subtracção desta da temperatura efectivamente observada é o valor do índice, sendo que valores positivos se referem a estabilidade e negativos, a instabilidade. Os valores numéricos deste índice são bastante próximos ao Showalter; o presente índice funciona melhor que o Showalter no caso de camadas húmidas mais rasas. 57 MDJMO_MS 58 Processos físicos A Tempestade é sustentada pelo impulsão proveniente das correntes ascendentes. À medida que calor latente é liberado com a condensação do vapor, há formação gotículas, que congelam quando super-resfriadas ocorrendo deposição de vapor nos cristais de gelo. O impulsão é determinado pela diferença de temperatura da corrente ascendente e do ambiente multiplicado pela aceleração da gravidade, é uma medida local da aceleração da corrente ascendente, e é regulado pela estabilidade do ambiente e da turbulência entre a corrente ascendente e o meio seco. MDJMO_MS 59 A magnitude real da força da corrente ascendente é determinada pela integral do impulsão que a corrente sofre à medida que sobe da base da nuvem até uma determinada altura na atmosfera. O impulsão integrado na atmosfera é chamado Energia Potencial convectiva Disponível (Convective available potencial energy) ou CAPE. No geral, quanto maior é o CAPE, maior é a força das correntes ascendentes da tempestade. MDJMO_MS 60 10 Onde, NEN: Nível de impulso Neutro (próximo à tropopausa) NCC: Nível de Condensação Convectiva Tp: Temperatura da parcela Ta: Temperatura do ambiente g: aceleração da gravidade O índice CAPE fornece uma medida da máxima energia cinética possível que uma parcela estaticamente instável pode adquirir, assumindo que a parcela ascende sem mistura MDJMO_MS com o ambiente e se ajusta instantaneamente61 MDJMO_MS MDJMO_MS 62 63 11