Questão 13) Como se identifica o nível de estabilidade atmosférica?

Passo 1

O enunciado pergunta como identificar o nível de estabilidade atmosférica. O conteúdo envolvido é meteorologia — em particular, o estudo da estabilidade do ar — e vamos precisar saber medir o perfil vertical de temperatura (ou potencial temperatura), bem como conhecer critérios clássicos de classificação (gradiente de potencial temperatura, número de Richardson e esquema de Pasquill–Gifford).

Passo 2

A medida mais direta usa a potencial temperatura, definida por
\theta = T \left(\frac{p_{0}}{p}\right)^{R/c_{p}}
em que T é a temperatura absoluta, p a pressão local, p_{0} uma pressão de referência (normalmente 1000\:\text{hPa}), R a constante dos gases e c_{p} o calor específico do ar a pressão constante. Em seguida calcula-se o gradiente vertical \mathrm{d}\theta/\mathrm{d}z usando medições da superfície até alguma altura.

Passo 3

Com \mathrm{d}\theta/\mathrm{d}z em mãos, compara-se com zero para definir:
– Se \mathrm{d}\theta/\mathrm{d}z > 0, o ar torna-se mais “pesado” com a altura e temos atmosfera estável.
– Se \mathrm{d}\theta/\mathrm{d}z = 0, a atmosfera é neutra.
– Se \mathrm{d}\theta/\mathrm{d}z < 0, ar mais leve em cima favorece convecção e a atmosfera é instável.

Passo 4

Uma forma equivalente usa o número de Richardson de gradiente,
\mathrm{Ri}_{g} = \frac{g}{\theta}\,\frac{\partial \theta/\partial z}{\bigl(\partial u/\partial z\bigr)^{2}+\bigl(\partial v/\partial z\bigr)^{2}},
onde g é a aceleração da gravidade e u,v são as componentes horizontais do vento. Valores de \mathrm{Ri}_{g} maiores que cerca de 0,2 indicam estabilidade, em torno de zero indicam neutralidade e negativos indicam instabilidade.

Passo 5

Em engenharia ambiental usa-se também o esquema de Pasquill–Gifford, que classifica de A (muito instável) até F (muito estável) a partir da velocidade do vento em 10\:\mathrm{m} e da intensidade da radiação solar (dia claro, nublado ou noite). Consulta-se a tabela: ventos fracos e sol forte → classes A–B; ventos moderados e sol fraco → C–D; ventos fortes e noite → E–F.

Resposta

Para identificar o nível de estabilidade atmosférica pode-se:
(a) medir o gradiente de potencial temperatura \mathrm{d}\theta/\mathrm{d}z e usar
\mathrm{d}\theta/\mathrm{d}z>0: estável
\mathrm{d}\theta/\mathrm{d}z=0: neutra
\mathrm{d}\theta/\mathrm{d}z<0: instável
(b) calcular o número de Richardson de gradiente \mathrm{Ri}_{g}
\mathrm{Ri}_{g}>0{,}2: estável; \mathrm{Ri}_{g}\approx0: neutra; \mathrm{Ri}_{g}<0: instável
(c) usar o esquema de Pasquill–Gifford, cruzando velocidade do vento e radiação solar, obtendo classes de A (muito instável) até F (muito estável).

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