Este artigo abordará os seguintes tópicos:

No final do artigo anterior sobre o vento, mostramos a circulação global do vento ao redor do globo. Para cada hemisfério, a circulação global do vento define 3 áreas:

As regiões equatoriais e polares são muito específicas em termos de clima e estão fora do escopo desta discussão.

As latitudes médias são regidas pela célula de Ferrel. Essa região está situada entre o ar frio/seco e o ar quente/úmido, tornando-se um local onde ocorre a maior parte do transporte de calor e onde se desenvolvem os sistemas meteorológicos. É também onde vive a maior parte da população mundial, e neste artigo nos concentraremos no clima das latitudes médias.

No hemisfério norte, a parte norte da célula de Ferrel é muito dinâmica, sendo onde ocorre grande parte dos fenômenos meteorológicos. Por volta de 60° Norte, existe uma linha imaginária chamada Frente Polar. Em ambos os lados dessa linha, as condições climáticas são muito diferentes:

Essas duas massas de ar muito diferentes precisam se misturar. A mistura do ar acontece, figurativamente, por meio de grandes ventiladores que empurram o ar quente para o norte e o ar frio para o sul. O grande ventilador que gira no sentido anti-horário representa as depressões em latitudes médias que os velejadores encontram ao navegar (por exemplo, na travessia do Atlântico Norte dos EUA para a Europa, ou os velejadores da Vendée Globe nos oceanos do sul ao contornar a Antártida).

Este artigo se concentrará em explicar a mecânica dessas depressões e como algumas delas se intensificam, transformando-se em tempestades poderosas.

Mas antes disso, vamos fazer uma breve apresentação do que é uma frente meteorológica na próxima seção.

O esquema acima mostra duas massas de ar diferentes em ambos os lados da frente polar a 60° Norte. Símbolos meteorológicos são usados ​​para identificar facilmente qual massa de ar é quente e qual é fria, bem como o movimento dessas massas de ar.

O ar frio está substituindo o ar quente. O triângulo azul aponta na direção do movimento da frente.

O ar quente está substituindo o ar frio. O semicírculo vermelho aponta na direção do movimento da frente.

Uma frente oclusa se forma quando uma frente fria de movimento mais rápido alcança uma frente quente de movimento mais lento, fazendo com que o ar quente seja elevado do solo entre duas massas de ar mais frio. Esse processo leva a uma mistura das camadas de ar e geralmente resulta em padrões climáticos complexos, como formação de nuvens, chuva constante ou até mesmo tempestades. Após a passagem da frente oclusa, o tempo geralmente se estabiliza e fica mais claro.

Uma frente estacionária não se move, como o próprio nome indica. Os símbolos utilizados são uma combinação das frentes fria e quente. Respectivamente, em relação às duas frentes, o ar frio está do outro lado do triângulo e o ar quente está do lado dos semicírculos.

Como visto na Parte I, a Depressão/Grande Baixa Pressão experimentada por velejadores em latitudes médias é responsável pela mistura de ar frio e quente na frente polar. As depressões são percebidas pelos velejadores como sinais de queda na pressão barométrica, frequentemente acompanhadas de precipitação e ventos fortes.

Esta seção explicará a física da formação dessas depressões. O leitor pode aprofundar o assunto consultando o material em https://pressbooks-dev.oer.hawaii.edu/atmo/chapter/chapter-13-extratropical-cyclones/

Existem 5 estágios na ciclogênese.

Estágio 1: Na frente polar, por volta de 60° Norte, o ar frio ao norte e o ar quente ao sul são separados por uma frente estacionária. Esta é a fase inicial ou de equilíbrio.

Fonte: https://slcc.pressbooks.pub/

Estágio 2: a formação de uma onda frontal

Ocorre uma perturbação que desestabiliza esse equilíbrio, empurrando o ar frio para o sul e o ar quente para o norte.

Estágio 3: um ciclone recém-formado

Estágio 4: Ciclone maduro, formação de uma frente oclusa e ponto triplo.

A frente fria encontra a frente quente.

Estágio 5: Fase de dissipação

O modelo acima descreve o que está acontecendo na superfície. O ar converge no centro da baixa pressão e sobe, como o ar em uma chaminé. Mas o ar ascendente precisa encontrar condições favoráveis ​​nas camadas superiores da atmosfera para continuar subindo e, em seguida, escapar. Isso pode ser comparado a uma fogueira em uma chaminé. A chaminé precisa auxiliar a ascensão do ar, caso contrário, o fogo se extinguirá.

No próximo capítulo, avançaremos para um nível mais elevado para descobrir quais são as condições favoráveis ​​para que uma depressão se intensifique e se transforme em uma tempestade poderosa.

Para os leitores do Hemisfério Sul, as imagens acima podem ser confusas, já que os sistemas de baixa pressão giram no sentido horário nessa região. Para evitar torcicolo, invertemos e combinamos as imagens abaixo.

No nível superior, usamos a altura geopotencial em vez de isóbaras. Esses mapas têm uma aparência ligeiramente diferente; vales e cristas representam áreas de baixa e alta pressão, respectivamente.

Uma depressão está relacionada à baixa pressão. Quem lê mapas meteorológicos conhece o sistema de baixa pressão, que geralmente apresenta um círculo fechado de isóbaras. A depressão é uma área alongada de baixa pressão atmosférica, sem uma isóbara fechada. Pode ser imaginada como um vale.

A imagem acima representa duas coisas:

Imagem: as linhas de pressão podem ser imaginadas como a altura em um mapa de trilhas. Se você estiver caminhando na linha do vale em direção ao norte, estará descendo um vale e cercado por terreno em ambos os lados.

Uma crista está relacionada à alta pressão. A crista é uma área alongada de pressão atmosférica mais elevada, sem uma curva de nível isobárica fechada. Pode ser imaginada como uma colina.

A imagem acima representa duas coisas:

Imagem: Se você estiver caminhando pela crista da montanha em direção ao sul, estará subindo uma montanha com penhascos em ambos os lados.

As cristas e vales não ocorrem isoladamente. Elas acontecem lado a lado e, de alguma forma, se combinam para formar um padrão ondulatório.

O padrão ondulatório mostra claramente a mistura do ar, semelhante aos grandes ventiladores que mencionamos na parte 1.

As cristas de alta pressão estão associadas a ar quente, alta pressão em altitude e uma atmosfera mais estável. Isso tende a resultar em condições climáticas secas e favoráveis ​​abaixo da crista.

A depressão está associada a tempo frio e instável, e a crista a tempo quente e ameno, conforme ilustrado abaixo.

As cristas e cavados ocorrem tanto na superfície quanto em altitudes elevadas. Os que se encontram na camada superior da atmosfera são os que impulsionam os padrões climáticos globais, os quais, por sua vez, influenciam o que acontece ao nível do solo.

Os meteorologistas são como detetives (veja a série "The Rookie" 😀) e usam a camada média da atmosfera (500 mbar, ou cerca de 5 quilômetros de altitude) como ponto de partida para encontrar pistas sobre onde uma tempestade se desenvolverá na superfície. As tempestades se formam quando o ar está subindo (veja a aula 3 sobre Nuvens). Portanto, o meteorologista analisa o mapa de geopotencial de 500 mbar para identificar áreas onde o ar está subindo. Alguém pode se perguntar: como um mapa meteorológico pode indicar onde o ar está subindo?

A ascensão do ar ocorre onde o ar converge, o que, por sua vez, acontece quando o ar gira no sentido anti-horário no hemisfério norte. Essa rotação é chamada de vorticidade positiva. Basicamente, tudo o que os meteorologistas precisam fazer é procurar áreas de vorticidade positiva para saber onde as tempestades se desenvolverão.

Mais informações em Weather.gov - Noções básicas sobre vorticidade

A vorticidade ocorre devido a três fatores listados abaixo:

A teoria acima é complexa, mas pode ser simplificada em uma imagem. A área de máxima vorticidade positiva total está à frente da depressão (a área azul abaixo). Esta é a zona de perigo e requer atenção especial. A parte posterior da depressão também apresenta vorticidade, mas em menor grau e, portanto, menos importante (a área laranja abaixo).

Abaixo, segue um exemplo de um geopotencial real de 500 mbar.

Adicionamos abaixo, no mesmo mapa, as áreas em frente à depressão onde tempestades/depressões se formarão.

Tempestades se desenvolvem onde o ar está subindo, como mostrado na seção acima. O ar sobe até um certo ponto (o topo da troposfera, a 10 quilômetros de altitude, que funciona como uma barreira intransponível). Esse ar precisa ser evacuado para que a ascensão vertical continue e a depressão se fortaleça. Portanto, observar a atmosfera superior (300 mbar / 9 quilômetros de altitude) é o local onde o meteorologista/analista meteorológico busca indícios de divergência de ar, condições ideais para o fortalecimento de tempestades.

As correntes de jato são áreas onde o vento é realmente forte, acima de 200 nós. As regiões de entrada direita e saída esquerda das correntes de jato são áreas onde os ventos em altitude divergem, permitindo que o ar abaixo suba. Essas duas áreas estão marcadas em vermelho abaixo.

Mais informações podem ser encontradas em: https://skepticalscience.com/print.php?n=1967

Se combinarmos tudo o que vimos anteriormente, é aqui que uma depressão se intensificará, transformando-se em uma tempestade poderosa: