Por que a tropopausa tropical é a parte mais fria dos 20 km mais baixos da atmosfera na média anual?

Passo 1

O enunciado pergunta por que, em média anual, a tropopausa tropical — isto é, a camada de transição entre troposfera e estratosfera na região equatorial — aparece como o ponto mais frio nos primeiros \,20\rm\\ km da atmosfera. Para responder, vamos usar conceitos de perfil térmico convectivo (lapse rate adiabático), altura da tropopausa e balanço radiativo na alta tropopausa.

Passo 2

Na troposfera a temperatura decresce com a altura segundo uma taxa aproximada de
\Gamma \approx 6{,}5\;\mathrm{K/km}
(chamada de lapse rate pseudo-adiabático), de modo que
T(h)\approx T_0 - \Gamma\,h,
onde T_0 é a temperatura ao nível da superfície. Em latitudes tropicais a atividade convectiva profunda mantém essa taxa até alturas maiores do que em latitudes médias.

Passo 3

Como a tropopausa tropical situa-se tipicamente em torno de h_t\approx16\text{–}18\rm\\ km (em vez de ~10–12 km nas médias latitudes), ao aplicar T(h_t)=T_0-\Gamma\,h_t obtém-se um valor de T ainda mais baixo. Ou seja, quanto maior h_t, mais frio fica o topo da troposfera pelo resfriamento adiabático do ar convectado.

Passo 4

Além disso, na alta tropopausa tropical o ar é muito seco e a densidade de ozônio é menor, reduzindo o “aquecimento” por absorção de radiação ultravioleta. Ao mesmo tempo, o C O_{2} e o pouco vapor d’água restantes emitem eficientemente radiação infravermelha para o espaço, promovendo um forte resfriamento radiativo naquele nível.

Passo 5

A combinação de (1) tropopausa mais elevada, (2) resfriamento adiabático contínuo até essa altura e (3) forte resfriamento radiativo (com baixo aquecimento por ozônio) faz com que a tropopausa tropical seja, na média anual, a região mais fria dos primeiros \,20\rm\\ km da atmosfera.

Resposta

Porque na zona tropical a tropopausa fica mais alta (resfriamento adiabático por convecção até maiores altitudes) e ali o ar seco com pouca ozônio sofre forte resfriamento radiativo, resultando na temperatura mínima entre 0 e 20 km.

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