15 maio 2013

Prever a meteorologia em Montanha (Parte 1)

A montanha é um terreno de jogo grandioso e inesgotável para todos, desde aquele que só pretende um passeio tranquilo, passando pelos diversos desportos de ar livre até ao himalaista.
Mas a grandeza do meio montanhoso também tem os seus inconvenientes. As montanhas estão vivas e continuam o seu ciclo, crescendo, desmoronando-se, sofrendo erosão. As forças da natureza são infinitamente poderosas e incontroláveis e qualquer ser humano aí não é mais que um diminuto grão de areia no deserto e altamente vulnerável.





Na montanha devemos saber respeitar certas regras e aproximar-nos dela com o devido conhecimento, tanto do meio como da técnica necessária para superar os obstáculos, assim como uma preparação física e psicológica adequada para a actividade elegida. Este conjunto de faculdades fazem-nos valorizar na sua medida justa os perigos e assim tentarmos evitá-los.
A segurança absoluta em montanha não existe, pois está limitada pelos erros humanos e pelas mudanças naturais do tempo e do terreno. No entanto, também é verdade que a maioria dos acidentes são sem margem para dúvidas evitáveis.






Os perigos a que o montanheiro está mais sujeito são aqueles derivados dos processos naturais, como avalanches, raios, desprendimentos, tormentas, etc. Nada podemos fazer para evitar que estes perigos sucedam, mas devemos aprender a reconhecer os lugares e momentos potencialmente perigosos para assim os evitarmos.
O conhecimento do meio é portanto a primeira preocupação do montanheiro ao planificar a sua actividade, sem nunca esquecer as suas próprias limitações.





Perigos derivados das condições meteorológicas


A meteorologia é o estudo dos fenómenos que ocorrem na atmosfera e a previsão destes é um dos principais problemas para o sucesso e segurança das actividades de montanha.
Se formos surpreendidos por uma tempestade passaremos uma desagradável e perigosa experiência. As más condições meteorológicas podem implicar a exposição a numerosos perigos como frio, chuva, vento, neve, etc. Além de nos informarmos relativamente à previsão local, devemos aprender a observar a evolução do tempo através dos indícios naturais e tirar as nossas próprias conclusões; assim podemos desfrutar de acolhedoras tardes de refúgio enquanto lá fora a tempestade descarrega a sua fúria.





O equipamento é determinante nas situações de exposição a estes perigos e um bom equipamento de protecção minimizará as consequências se formos surpreendidos pelo mau tempo. Possuir um impermeável num dia de sol pode parecer ridículo, mas mudaremos de opinião rapidamente quando a tempestade da tarde possa surgir.
Antes de realizar qualquer actividade é necessário ter em conta as condições meteorológicas previamente, pois estas podem alterar radicalmente o estado da via de ascensão, sobretudo na montanha, onde uma rota fácil e agradável, se pode converter numa tarefa árdua e inclusivé perigosa.

A Atmosfera

Para compreender bem o comportamento das situações meteorológicas é necessário conhecer alguns fundamentos básicos da atmosfera visto que é aí que se formam a maioria dos fenómenos meteorológicos.





A atmosfera é uma camada de ar formada pela mistura de vários gases, além disso, na atmosfera encontramos em suspensão partículas sólidas (aerossóis) e líquidas de origem natural e artificial.
Entre as de origem natural, podemos citar poeira levantada do solo por acção do vento, fumos e cinzas de combustões naturais (incêndios e erupções vulcânicas), partículas salinas de origem marinha, esporos e pólenes e as partículas sólidas e líquidas de água que formam as nuvens.





Entre as de origem artificial encontramos partículas originadas por combustões e outros processos derivados da actividade humana, principalmente urbana ou industrial. O conjunto destas últimas é o que se denomina como contaminação atmosférica.





Pode-se avaliar facilmente a qualidade do ar que forma a atmosfera observando a cor do céu, em que quanto mais leitoso este se apresentar mais partículas se encontrarão em suspensão nesse dia. Pode-se verificar que após um dia de vento ou precipitação a sua cor azulada será muito mais marcada, pois conterá um menor índice de partículas, uma vez que estas foram arrastadas ou depositadas.
A atmosfera, tal como todos os demais corpos, vê-se unida à Terra pela acção gravitacional.





A sua espessura é algo difícil de estabelecer uma vez que a sua densidade vai diminuindo progressivamente, mas mesmo assim estabeleceu-se como 10.000 km de altitude o seu limite exterior. É uma espessura considerável contando que o raio da Terra é de 6.000 km e aqui apenas encontramos alguns átomos de gases atmosféricos aprisionados fracamente pelo nosso planeta.
A parte da atmosfera que mais nos interessa é a mais fina e a mais densa. Nela formam-se a maior parte dos  fenómenos meteorológicos que nos afectam. A sua composição química é aproximadamente: Nitrogénio 78,1%; Oxigénio 21%; Argão 0,9%; CO2 e outros gases é o resto pouco significativo.





Portanto, cada vez que respiramos, estamos a inalar estas percentagens de gases em cada inspiração, sem contar ainda com o vapor de água que se pode encontrar em cerca de 4%. Estas percentagens mantém-se idênticas em toda a troposfera e algo mais.

A pressão atmosférica

Todos estamos sujeitos à pressão exercida pelo peso dos gases que compõem a atmosfera. Nesta existem biliões  de moléculas e de átomos que se deslocam a grande velocidade e colidem quer entre si, quer com a superfície do globo terrestre, com os seres humanos e com qualquer objecto que surja no seu caminho.
O estudo da pressão atmosférica constitui um dos ramos fundamentais da meteorologia. As diferenças de pressão no interior da atmosfera conduzem à deslocação do ar de um local para o outro. É deste modo que se geram os ventos e, em última análise, todos os diversos elementos que constituem o estado do tempo.





As moléculas e átomos de azoto, oxigénio e outros gases atmosféricos, deslocando-se a alta velocidade, bombardeiam qualquer superfície com que entrem em contacto. A força que exercem, por cada unidade dessa superfície, chama-se pressão atmosférica.
Em qualquer local a pressão é superior junto à superfície do globo terrestre, uma vez que é produzida pelo peso do conjunto da atmosfera, que se encontra acima de qualquer unidade de superfície. À medida que se sobe na atmosfera existe uma menor quantidade de moléculas e átomos acima da superfície considerada e, assim, a pressão atmosférica diminui com a altitude.






Variação da pressão com a altitude

A pressão atmosférica à superfície do globo terrestre representa o peso de uma coluna de ar, cuja base é a unidade de superfície, que se estende desde a superfície do globo terrestre até aos limites superiores da atmosfera. Em altitudes superiores a pressão é menor, devido ao facto de existir menos ar acima.
A taxa de diminuição da pressão com a altitude não é constante devido a diversos factores e ainda porque a temperatura afecta o fenómeno da diminuição da pressão com a altitude.






Campo de pressão, anticiclone, depressão, crista, vale e colo

Visto que a pressão atmosférica não tem um valor constante ao longo da superfície terrestre, vão-se formar regiões onde a pressão diminui do centro para a periferia e outras onde acontece a situação inversa. Sendo assim, existem sobre o globo terrestre centros de altas pressões



 e centros de baixas pressões.



Estes centros têm um papel fundamental na formação e desenvolvimento de sistemas de tempo. No hemisfério Norte, o ar circula no sentido directo em redor das depressões e é convergente,  e circula no sentido retrógrado em redor dos anticiclones onde é divergente. Tendo em consideração este facto, Buys-Ballot enunciou a seguinte regra: no hemisfério Norte, um observador que se encontre de costas para o vento tem as pressões mais altas à sua direita e as pressões mais baixas à sua esquerda.
Para além dos dois principais sistemas de pressão, anticiclones e depressões, existem outras configurações do campo de pressão, como são o caso da crista, do vale e do colo. A crista é um prolongamento ou ramificação de um anticiclone, o vale é um prolongamento ou ramificação de uma depressão e o colo é uma região de vento calmo que fica situada entre duas depressões e dois anticiclones cujos eixos formam um ângulo de aproximadamente 90º.




Pode-se ainda falar em superfícies de pressão constante onde se podem igualmente assinalar regiões de altas e baixas pressões. Numa região de pressão mais alta, uma dada superfície de pressão deve estar mais elevada do que uma superfície de pressão mais baixa, nessa mesma região. Portanto, traçando sobre uma superfície de pressão constante linhas de igual altitude, pode-se determinar os centros de alta  e os centros de baixa pressão.




A temperatura

A temperatura num qualquer lugar da superfície terrestre é determinada pela conjugação de factores como sejam a verticalidade com que a ele chegam os raios solares, a sua altitude e pelas horas de exposição solar.
No Equador o dia dura 12 horas em qualquer dia do ano, mas nos Polos dura 6 meses. Entre estes dois extremos, a uma latitude de 50º, o dia dura 8 horas no Inverno e no Verão dura 16 horas. Portanto nesta latitude as estações encontram-se mais contrastadas.
No dia maior, o Sol atinge o seu apogeu ao meio-dia (solstício de Verão) e no dia mais curto do Inverno (solstício de Inverno), o Sol envia os seus raios com uma certa inclinação dependendo da latitude e é a ela que se deve a diferença de temperaturas entre o Verão e o Inverno.





Como regra, a temperatura costuma diminuir cerca de 0,65º a cada 100 metros de altitude, ou em outra proporção, cerca de 6,5º por cada 1000 metros, pelo que quanto mais se ascende, mais baixa a temperatura.





No entanto, isto nem sempre é observável, e pode acontecer que em determinado lugar e momento esta norma de diminuição térmica com a altitude não se verifique e inclusive podemo-nos deparar com um fenómeno de inversão térmica, originado normalmente por factores de vento ou de neblina ou ainda orográficos, pois é comum em grandes vales fluviais do interior e noutras depressões, sobretudo no período frio do ano, uma vez que o ar frio, por ser mais pesado, tende a acumular-se nesse tipo de relevo.

O Vento

As características da nossa atmosfera permitem que a maior parte do calor do Sol chegue à superfície do planeta aquecendo a terra e a água. O ar em contacto com estas superfícies aquecidas também aquece, e ao fazê-lo torna-se mais leve com a perda de humidade e tende a ascender (teoria de Boyle-Mariotte). Ao ascender, o ar deixa um vazio que é ocupado pelo ar mais frio existente em seu redor. Todo este fenómeno de movimento contínuo do ar submetido a diferentes condições de temperatura e humidade, é o que conhecemos como vento.






Se o eixo de rotação da Terra fosse perpendicular à sua órbita, aconteceria o mesmo fenómeno mas a grande escala, aquecendo de tal forma o ar no Equador ascendendo e sendo ocupado por correntes de ar provenientes dos Polos fechando assim um circulo. Mas como o eixo da Terra se encontra inclinado devido à sua órbita, a zona mais aquecida da Terra varia de tempos em tempos originando as Estações do Ano.







A essa situação haverá que contar ainda que a maior quantidade de água do que de terra na superfície e a desigual repartição desta proporção entre os dois Hemisférios. Esta última situação é a que cria os ventos dominantes. Para colmatar este ciclo, a orografia modifica a direcção destes ventos dominantes.
Outro movimento interessante da massa de ar, é o que se verifica nos vales e montanhas. O rápido aquecimento dos flancos das colinas por acção dos raios de Sol, faz com que o ar em contacto com os flancos se eleve, criando uma corrente do vale para as montanhas pelas manhãs.






Pelo contrário, pela noite, ao arrefecer mais rapidamente os cimos e os flancos do que o vale, origina que a brisa baixe para o vale desde a montanha.






Nuvens

As nuvens constituem o efeito visível de uma série de factores dinâmicos e termodinâmicos que se produzem na atmosfera. Em qualquer momento, cerca de metade da superfície do planeta encontra-se coberta de nuvens com espessuras bastante variadas. Todas estas nuvens sofrem grandes variações tanto no tempo como no espaço e algumas têm usualmente uma duração efémera.






Os conceitos de altura, altitude e extensão vertical, definem-se como:

Altura de um ponto, (por exemplo a base ou o topo de uma nuvem), é a distância vertical entre o nível do local de observação (que pode estar situado numa colina ou montanha) e o nível do ponto considerado.

Altitude de um ponto, (por exemplo a base ou o topo de uma nuvem), é a distância vertical entre o nível médio do mar e o nível do ponto considerado.

Extensão vertical de uma nuvem é a distância vertical entre o nível da base e o nível do topo da nuvem.






Processo físico de formação e dissipação das nuvens

Condições para a formação de nuvens. Um nuvem é um aglomerado de gotículas de água e/ou cristais de gelo em suspensão na atmosfera. As nuvens formam-se quando se dá a condensação do vapor de água existente no ar. Para que ocorra a condensação é necessário que se atinja a saturação através do aumento da humidade ou do arrefecimento do ar. Nestas condições e em presença de núcleos de condensação  (partículas de dimensões minúsculas constituídas por poeiras sólidas, fumos ou sais de diversa ordem) o vapor de água condensa-se, dando origem ao aparecimento da nuvem.

Portanto, as condições que têm de se verificar para que uma nuvem se forme são:

. Existência de núcleos de condensação;

. Existência de humidade;

. Arrefecimento do ar até à temperatura de saturação;

. Processo que eleve o ar.






Tipos de nuvens associadas à elevação do ar e suas causas

Causas térmicas. Nuvens convectivas

Chama-se convecção térmica ao transporte de calor através de movimentos verticais do ar. Estes movimentos estão directamente relacionados com a estabilidade do ar.
Se existe instabilidade, desencadeando o movimento vertical, o ar continua a mover-se até que essa instabilidade termine. No seu movimento ascendente a massa de ar irá arrefecer até alcançar o nível de condensação, nível a partir do qual se começa a formar a nuvem, ocorrendo aí a saturação. As nuvens assim formadas podem atingir niveis bastante elevados na atmosfera e são conhecidas por nuvens convectivas ou de desenvolvimento vertical. Os principais processos que podem levar à formação das nuvens convectivas são:

. Aquecimento do solo por radiação solar directa;

. Aquecimento, pela base de uma massa de ar frio que se move sobre uma superfície mais quente.






Causas frontais. Nuvens frontais

Ar frio forçando o ar quente. Em determinadas circunstâncias e compreendendo uma vasta área, uma extensa massa de ar frio empurra para cima outra de ar quente, que arrefece e satura-se. Como o ar frio é mais denso, coloca-se debaixo do ar quente, formando uma superfície de cunha que obriga este a subir e a elevar-se, originando fortes correntes verticais e desencadeando-se assim a instabilidade. A nebulosidade que se forma é do tipo cumuliforme (Cúmulos - Cu e cumulonimbos - Cb), e como as massas de ar em presença cobrem vastas áreas, as nuvens formam uma extensa barreira que muitas vezes ultrapassa os 1000 km de comprimento.






Ar quente movendo-se sobre ar frio. Outra situação ocorre quando uma massa de ar quente choca com uma massa de ar frio. Neste, a massa de ar quente, menos denso que o ar frio, vai deslizar sobre a massa de ar frio e ao ascender vai arrefecer e condensar-se.
A nebulosidade é do tipo estratiforme e a profundidade do sistema nebuloso pode alcançar os 500 km.

Causas orográficas. Nuvens orográficas

As nuvens orográficas formam-se quando o vento tem uma componente perpendicular à montanha e a humidade relativa é suficientemente alta.
A barlavento o ar é obrigado a subir, arrefece e alcança a saturação a partir do nível de condensação. A sotavento o ar vai descer, aquecendo e a nuvem vai-se dissipando. Este fenómeno é vulgarmente conhecido em meteorologia por efeito de Fôhn.






Outro fenómeno característico em zonas de montanha é o da formação de ondas estacionárias a sotavento da montanha. Nestas ondas, as nuvens podem igualmente formar-se e dissipar-se por um processo semelhante ao do efeito de Fôhn. Geralmente estas nuvens, que se formam a sotavento, têm um perfil lenticular característico.






Dissipação das nuvens. As nuvens dissipam-se em presença de correntes verticais descendentes. Ao descer, a massa de ar aquece adiabaticamente, ou seja, sem transmitir o calor, e as gotículas de água que constituem as nuvens evaporam-se. Este movimento descendente, em grande escala,  é um fenómeno típico dos anticiclones.
Outros factores que podem contribuir para a dissipação das nuvens são a precipitação, a mistura com ar mais seco próximo da nuvem e a insolação.






Precipitação

Chama-se precipitação à água que, sob a forma sólida ou líquida, atinge a superfície da terra procedente das nuvens. A precipitação pode apresentar diversas formas:

. Chuva – Precipitação contínua de água líquida cujas gotas têm um diâmetro superior a 0,5 mm;








. Chuvisco – Precipitação bastante uniforme de gotas de água muito unidas e de diâmetros inferiores a 0,5 mm;








. Neve – Precipitação de cristais de gelo que na sua maioria são ramificados;








. Granizo – Precipitação de grãos de gelo de diâmetro inferior a 5 mm;






. Saraiva – Precipitação de grânulos ou fragmentos de gelo de diâmetro superior a 5 mm;






. Aguaceiro – Precipitação descontínua cuja queda raramente ultrapassa os 30 minutos. Pode ser constituído por chuva, saraiva ou granizo.






. Trovoada – Descargas eléctricas das nuvens associada a fenómenos acústicos e ópticos acompanhados ou não de queda de precipitação.






Tipos de precipitação

Precipitação Convectiva. As nuvens de desenvolvimento vertical ou convectivas, cúmulos (Cu) e cumulonimbus (CB), originam,  normalmente,  precipitação sob a forma de aguaceiros. Se o nível de condensação estiver muito elevado a precipitação evapora-se antes de alcançar o solo, apresentando um aspecto esfriado por debaixo da nuvem. A este tipo de precipitação dá-se o nome de virga. Noutras ocasiões as correntes ascendentes são de tal modo intensas que as gotas são arrastadas até niveis bastante elevados, muito acima do nível de gelo, dando origem, neste caso, a precipitação sob a forma sólida a que se chama granizo.






Precipitação frontal. A precipitação frontal apresenta diversas formas consoante o tipo de frente a que está associada. Assim, tratando-se de uma frente fria cuja nebulosidade é predominantemente cumuliforme, a precipitação ocorre sob a forma de aguaceiros e chuva forte à passagem da superfície frontal. Numa frente quente, cuja nebulosidade é essencialmente estratiforme, predomina a chuva e o chuvisco. Numa frente oclusa ocorre normalmente a precipitação sob a forma de aguaceiros, chuva e chuviscos, visto o tipo de nebulosidade predominante ser o das frentes quente e fria simultaneamente.






Precipitação orográfica. Vimos anteriormente que quando o fluxo de ar encontra no seu caminho um sistema montanhoso, é forçado a subir a barlavento, descendo depois a sotavento. Como consequência, a nebulosidade concentra-se a barlavento, enquanto que a sotavento a descida do ar com o consequente aquecimento, dissipa as nuvens. Assim, as grandes quantidades de precipitação nas regiões montanhosas ocorrem sempre a barlavento.






A formação da precipitação

Existem dois processos fundamentais que explicaria a formação da precipitação:

. Processo do cristal de gelo;
. Processo da colisão/coalescência

O processo do cristal de gelo. Ocorre em nuvens frias, onde a temperatura é inferior a 0ºC. Neste caso existe coabitação de gotas de água sobrefundidas e de cristais de gelo. Devido aos movimentos verticais dentro da nuvem os cristais de gelo vão crescendo à custa das gotas de água, quer por contacto de ambos, quer por sublimação das gotas que se evaporam sobre os cristais de gelo. Quando as correntes ascendentes já não podem suportar o peso dos cristais de gelo, estes caem na Terra sob a forma de precipitação. Dependendo das temperaturas do ar que vão encontrar no seu trajecto podem ou não derreter antes de chegar ao solo. Este processo ocorre principalmente em nuvens cumuliformes.






O processo da colisão/coalescência. Ocorre quando a nuvem é quente, ou seja quando a sua temperatura for superior a 0º C. Neste caso, e na presença de gotas de diferentes tamanhos, as gotas maiores crescem à custa das gotas mais pequenas, quer por choque e acreção (junção das gotas) quer por coalescência na presença de gotas maiores as gotas pequenas evaporam e o seu vapor de água vai-se condensar sobre as maiores. Este processo ocorre principalmente em nuvens estratiformes.





Na segunda parte deste artigo iremos apresentar métodos para interpretar os sinais de forma a prever a meteorologia em montanha. Estejam atentos.





Até lá… Boas caminhadas

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