Meteorologia – Breve resumo da sua história

Definição

A meteorologia é a ciência que estuda os fenómenos da atmosfera terrestre e a atmosfera de outros planetas. A palavra meteorologia vem de meteoro que significa aquilo que flutua no ar. A meteorologia é propriamente a ciência atmosférica ou ciência da atmosfera.

A pesquisa científica da atmosfera a as aplicações práticas do conhecimento adquirido pelo desenvolvimento e tecnologia definem o universo ou abrangência da meteorologia.

Um dos principais objectivos operacionais da meteorologia é a previsão do tempo até 15 dias e também a determinação da tendência das flutuações climáticas, em geral para o próximo ano ou estação do ano. A previsão do tempo é definida para diferentes escalas temporais e espaciais. Muitos dos sistemas atmosféricos apresentam-se como uma combinação complexa de fenómenos de escalas diferentes.

O prognóstico (ou previsão) de fenómenos do tempo, principalmente do tempo severo, como tempestades e pancada de chuva intensas, é muito importante para toda uma gama de actividades humanas. Por exemplo, nas grandes cidades do mundo fenómenos meteorológicos críticos acabam por definir as condições de salubridade e qualidade ambiental de cada local. Entre esse fenómenos listam-se: as inundações, as estiagens , as condições críticas de temperaturas extremas, em geral associadas a baixos valores de humidade relativa do ar, os eventos críticos de poluição do ar quando a concentração do poluentes supera valores aceitáveis para a saúde humana, animal e vegetal, etc.

A Meteorologia estuda a atmosfera em sua inter-relação com as outras esferas do planeta: a biosfera, litosfera, criosfera e hidrosfera. A camada atmosférica em que a maioria dos seres vivos da terra e do ar vivem é chamada também homeosfera, porque nela a convecção térmica e a turbulência, encontrada na troposfera homogeneizam as fracções em volume dos gases atmosféricos, principalmente nitrogénio e oxigénio.

A atmosfera terrestre é distinta de outras no sistema solar pela presença de quantidades significativas de vapor de água e de oxigénio. O oxigénio da atmosfera terrestre não está em equilíbrio químico com os outros materiais de superfície terrestre. Isso se deve a presença de vida na Terra. De forma diferente em Marte praticamente todo o oxigénio disponível na atmosfera oxidou os materiais da superfície marciana, daí a cor avermelhada da superfície e também o que é espantoso, a ausência de formas de vida macroscópicas ou facilmente identificáveis pelo sensoriamento remoto. vegetal na

Como se forma um meteorologista?

A meteorologia utiliza as ferramentas analíticas, dedutivas e operacionais da física,matemática e computação. Por isso, essas disciplinas são obrigatórias nos primeiros anos do curso de graduação em meteorologia, além das disciplinas introdutórias a própria ciência atmosférica.

Na Universidade, após um período inicial em que o estudante da graduação se debruça sobre a matemática, física e ciência da computação em nível superior, ele passa a cursar as disciplinas específicas da meteorologia: (dinâmica da atmosfera, sistemas de medição e instrumentação, meteorologia sinóptica, micrometeorologia, hidrometeorologia, agrometeorologia, climatologia dinâmica e estatística, métodos numéricos aplicados a geociências, poluição do ar e química da atmosfera etc.

Esse conjunto de disciplinas e a formação básica em cálculo diferencial e integral, física clássica e ciência da computação (programação) dá ao graduado uma boa perspectiva da complexidade do ambiente atmosférico, colocando-o em contacto tanto com as facilidades laboratorias e computacionais como com o estado-da-arte da pesquisa em meteorologia.

A maioria dos programas computacionais (software) que são utilizados na previsão do tempo pertencem ao universo do software livre, como a plataforma linux e seus principais aplicativo (computadores, processadores e interfaces gráficas e de texto).

História da ciência atmosférica

Antiguidade

• 3000 a.C.

O chinês Nei Tsing Sou Wen escreveu a primeira obra sobre a meteorologia que compreendeu igualmente as previsões.

• 400 a.C.

Na Índia, os períodos de monção conduziram às primeiras medições das taxas de precipitação como também de suas previsões.

• 350 a.C.

O termo meteorologia vem de [Aristóteles] que o utilizou para descrever o que ele chamou de Ciências da Terra de forma geral e não apenas o domínio exclusivo dos estudos da atmosfera. Em particular, ele descreveu o ciclo hídrico (hidrológico) como:

Agora o Sol, nascendo, como ele sempre faz, coloca em acção um processo de mudança, surgimento e declínio, cuja acção levanta a mais pura e doce água, a cada dia, dissolvendo-a em vapor e transportando-a para as alturas onde ela se condensa novamente pelo frio e retorna a seguir para a superfície da terra. (Trad. da versão francesa: Maintenant le soleil, se déplaçant comme il le fait, met en branle un processus de changement, de devenir et de déclin qui par son action élève la plus fine et douce eau chaque jour, la dissout en vapeur et la transporte vers les hauteurs où elle se condense à nouveau par le froid et retourne ensuite à la terre).

• 300 a.C.

O filósofo Théophraste publica “Os sinais do tempo” (Fr.:Les signes du temps), primeira obra de previsões meteorológicas na Europa.

Renascença

• 1607

Galileu Galilei construiu um termoscópio, o ancestral do termómetro, bem que a paternidade desse invento seja contestada. Esse instrumento mudou o pensamento do tempo porque conseguía a medida de um elemento que era pensado como um elemento imutável de Aristóteles (fogo, água, ar e calor). Nós começamos a notar as variações do tempo, ainda de modo limitado porque faltava esperar a criação do padrão de temperatura por Daniel Gabriel Fahrenheit e Anders Celsius ao século XVIII para quantificar verdadeiramente as coisas.

• 1644

Evangelista Torricelli, um contemporâneo de Galileu, cria o primeiro vávuo artificial em 1644 e desenvolve no processo o primeiro barómetro. O tubo de Torricelli é um tubo de vidro com uma extremidade aberta e outra fechada. O tubo é preenchido com mercúrio e virado de ponta-cabeça com a abertura mergulhada em um recipiente que também contem mercúrio. Para realizar as medidas, o tubo é mantido na posição vertical, de modo que parte do mercúrio no tubo escoa para o reservatório até que a pressão exercida pela coluna de mercúrio se equilibre com a pressão atmosférica sobre a superfície livre do reservatório. O movimento do mercúrio na coluna é apenas parcial pois ao deixar o volume superior do tubo cria um vácuo local. A altura da coluna de mercúrio será proporcional à pressão atmosférica. A pressão atmosférica impede o mercúrio de sair completamente do tubo resultando em equilíbrio hidrostático. O vácuo no interior do tubo não é total mas quase. A altura da coluna de Mercúrio permite a leitura da pressão atmosférica em uma escala aproxipriada, i.e. milímetros de mercúrio. Torricelli descobriu com sua invenção que a pressão da atmosfera varia no tempo, i.e. que ela podia variar dia a dia. Hoje é muito conhecida a regra de previsão que diz que em condições de pressão do ar relativamente baixa ocorre mal tempo e vice-versa.

• 1648

Blaise Pascal descobriu que a pressão atmosférica diminuía com a altitude e por isso que havia um vácuo fora da atmosfera.

• 1667

Robert Hooke construiu o anemômetro para medir a velocidade do vento.

• 1686

Edmund Halley cartografa os alíseos (intertropicais) e deduz que as mudanças do tempo atmosférico são causadas pelo aquecimento solar. Ele confirma assim as descobertas de Pascal sobre a pressão atmosférica.

• 1735

George Hadley é o primeiro a tomar em consideração a rotação da Terra para explicar os alíseos. Bem que sua explicação fosse incorrecta e preveja ventos com velocidade menor que a real, seu nome foi dado à circulação tropical conhecida hoje como células de Hadley, uma das grandes circulações que compõe a circulação geral da atmosfera.

• 1743–1784

Benjamin Franklin observou quotidianamente e notou que os sistemas meteorológicos vem de oeste na América do Norte. Ele publicou a primeira carta científica da Corrente do Golfo, provando que o raio é um fenómeno elétrico, também estudou os efeitos das erupções vucânicasdesflorestamento ou desmatamento sobre o clima. e o comportamento dos meteoros e especulou sobre os efeitos da

• 1780

Horace-Bénédict de Saussure construiu um higrómetro de fio de cabelo para medir a humidade relativa do ar. Mostrou que variação do comprimento do fio de cabelo é linearmente proporcional à variação da humidade relativa do ar.

Início dos tempos modernos

• 1802–1803

Luke Howard escreveu o trabalho intitulado “Sobre a modificação das nuvens” (Trad. ingl.: ‘On the modification of clouds) no qual ele deu os nomes às nuvens tal qual as conhecemos hoje, i.e. a partir do Latim.

• 1806

Francis Beaufort introduziu sua escala descritiva dos ventos destinada aos marinheiros. A escala de Beaufort destaca os efeitos do vento sobre vagas (i.e. quando o estado do mar é das ondas que encrispam e se quebram para formar espuma) à intensidade do vento, medida em nós (1 nó equivale aproximadamente a ½ metro por segundo C, i.e. 1 nó = 0,514444588 m/s = 1.852 km/h ou 1 m/s = 1,943843951 nó = 2,23694 mph “milhas por hora” = 3,6 km/h).

• 1835

Foi em um artigo intitulado Sobre as equações do movimento relativo dos sistemas de corposSur les équations du mouvement relatif des systèmes de corps) que Gaspard-Gustave Coriolis descreveu matematicamente a força que leva seu nome. No seu artigo, a força de Coriolis (em fr.: apareceu como uma componente suplementar à força centrífuga, sentida por um corpo em movimento relativo a um referencial em rotação. Essa força é essencial para a descrição do movimento dos sistemas meteorológicos como Hadley havia pressentido um século antes.

• 1837

Samuel Morse inventou o telégrafo que permitiu a disseminação de informações e entre elas das medidas meteorológicas.

• 1838

William Reid ^[1] publicou o artigo controverso Lei das Tempestades (Ingl.:Law of Storms) que descreveu o comportamento das depressões. Sua obra dividiu a comunidade científica durante dez anos.

• 1841

Elias Loomis^[2] foi o primeiro a sugerir a presença de frentes para explicar o tempo mas não somente após a Primeira Guerra Mundial que a escola norueguesa de meteorologia desenvolveu o conceito.

• 1849

O Smithsonian Institution, sob a direcção de Joseph Henry ^[3] começou a operação de uma rede de estações meteorológicas de observação nos Estados Unidos da América.

Era Contemporânea

• Depois da Primeira Guerra Mundial

• 1919

Os meteorologistas noruegueses ^[4], sob a direcção de Vilhelm Bjerknes, desenvolveram a ideia de que as bordas das massas de ar se encontram ao longo de zonas de descontinuidade que denominaram frentes: (frente quente, frente fria e oclusão). De acordo com essa teoria, existem três zonas frontais que separam quatro massas de ar:

• Polar
• Ártica, no Hemisfério Norte e Antárctica no Hemisfério Sul.
• Marítima e
• Tropical

Considerando a rotação da Terra (expressa pela força de Coriolis), a distribuição de massas e a força de pressão atmosférica associada ao peso da coluna de ar, o aquecimento diferencial da superfície e o movimento vertical associado às precipitações implicam na geração, intensificação e declínio dos sistemas meteorológicos de latitudes médias.

O grupo compreendia Carl-Gustaf Rossby que foi o primeiro a explicar a circulação atmosférica de grande-escala em termos da mecânica dos fluidos, Tor Bergeron que determinou o mecanismo de formaçãi de gotas de precipitação e da chuva e Jacob Bjerknes.

Esta escola de pensamento expandiu-se mundialmente. Ainda hoje, as explicações meteorológicas simples que nos chegam pela média utilizam o vocabulário criado pela escola norueguesa.

• 1922

La météorologie est en fait reliée à la mécanique des fluides (voir section science météorologique ci-dessous). En 1922, Lewis Fry Richardson publie Weather prediction by numerical process qui décrit comment les termes mineurs des équations de mouvement de l’air peuvent être négligés. Cette simplification permet de les résoudre plus facilement. Cependant ce ne sera qu’avec la venue des ordinateurs que son idée sera vraiment mise en pratique.

• Années 1950

Le développement des ordinateurs à la fin de la Seconde Guerre mondiale et durant les années 1950 mènera à la formulation de programmes informatiques pour résoudre les équations météorologiques. C’est le début de la prévision numérique du temps.

O radar meteorologico foi desenvolvido a partir de estudos realizados durante a II Grande Guerra dos ecos (potência da onda electromagnética retro-espalhada) causados pelas gotas de precipitações.

• Nos Estados Unidos : développement des premiers radars météorologiques opérationnels^[5].
• Au Canada : J.S. Marshall et R.H. Douglas forment le « Stormy Weather Group »^[6] à l’Université McGill de Montréal qui travailla sur la relation entre la réflectivité (Z), le retour d’intensité de la précipitation, et le taux de précipitation (R).
• En Grande-Bretagne, les recherches portent sur les caractéristiques des patrons des précipitations et sur les possibilités qu’offrent les différentes longueurs d’onde entre 1 et 10 centimètres.

• 1951

A Organização Meteorológica Mundial (OMM) foi fundada pela ONU em substituição a Organização Meteorológica Internacional.

• Années 1960

En 1960, TIROS-1 est le premier succès de lancement d’un satellite météorologique. Celui-ci marque le début de la prise de données météorologiques depuis l’espace à une résolution de beaucoup supérieure aux stations terrestres en plus de sonder des endroits peu ou pas couverts antérieurement comme les océans, les déserts et les Pôles.

La théorie du chaos va être appliqué à l’atmosphère par Edward Lorenz au cours des années 1960. Ce concept va être développé plus tard (à partir des années 1990) dans les systèmes d’ensembles qui utilise des variations des données initiales dans plusieurs passes de modèles numériques pour voir la variabilité des résultats.

Alguns personagens da história da meteorologia mundial

• Descartes
• Newton
• Euler
• Gauss
• Boussinesq
• Bjerknes
• Richardson
• Rossby
• Charney
• Von Newman
• Kolmogorov
• Monin
• Obukhov
• Lorenz
• Deardorff
• Dutton

Início do serviço meteorológico

Nos EUA, em 1837, o estabelecimento da rede telegráfica permitiu o início de um serviço sistemático de coleta rapida da informação das condições do tempo meteorológico sobre uma vasta área. Esse serviço é o protótipo do serviço internacional realizado pelos acordos internacionais da Organização Meteorológica Mundial (WMO).

Mapas do tempo junto à superfície podiam então ser produzidos com esses dados meteorológicos representados por símbolos e números sobre cartas de distribuição da pressão atmosférica (reduzida ao nível médio da superfície do mar, NMSM). A análise da sequencia temporal dessas cartas de tempo permitia conhecer o deslocamento e alterações dos sistemas de tempo, como o movimento de frentes frias, com uma resolução temporal de algumas horas e espacial de mais de 100 km.

A previsão de tempo baseada em medidas meteorológicas requer um conjunto apreciável de observações, o que só foi possível a partir de 1849 quando o Instituto Smithsonian estabeleceu uma rede de observação sobre todo os EUA coordenada por Joseph Henry. Observações similares foram implementadas na Europa e outros países ao mesmo tempo.

Na Inglaterra, em 1854, o governo inglês designou Robert FitzRoy para seu novo escritório de Estatística Meteorológica da pasta de comércio com o propósito de coordenadar a coleta de medidas meteorológicas sobre os oceanos. Esse escritório instituiu o Serviço Meteorológico Inglês (United Kingdom Meteorological Office) em 1854, que foi o promeiro serviço meteorológico nacional no mundo. As primeiras previsões do tempo diárias feitas pelo escritório de FitzRoy foram publicadas no jornal The Times em 1860.

Nos anos que se seguiram um sistema de alerta de mal tempo foi montado na forma de um cone hastiado nos principais portos quando ventania era prevista.

Nos 50 anos seguintes muitos países estabeleceram serviçoes meteorológicos nacionais:

1. Escritório Central Meteorológico da Finlândia (1881) foi formado como parte do Observatório Magnético da Universidade de Helsinki;
2. Considera-se que o início da previsão climática tenha sido realizado pelo Departamento Meteorológico da Índia (1889) ao estabelecer que períodos de fome seguiam aos eventos de ciclones tropicais e de monsão das décadas precedentes;
3. Departamento de Agricultura dos EUA estabeleceram o Escritório do Tempo (United States Weather Bureau) em 1890;
4. O Escritório Australiano de Meteorologia (Australian Bureau of Meteorology) foi estabelecido em (1905) pelo Acto Meteorológico como forma de unificar os diferentes serviços meteorológicos estaduais.

História da meteorologia em Portugal

• 1946 – Estabeleceu-se o Serviço Meteorológico Nacional de Portugal.

Áreas da ciência atmosférica

As áreas principais da ciência atmosférica são:

1. Climatologia (climatologia de grande-escala, climatologia física, climatologia urbana)
2. Dinâmica atmosférica (equações básicas, conservação da vorticidade potencial)
3. Termodinânica atmosférica (estabilidade de parcelas de ar quente e frio)
4. Hidrometeorologia (estuda a água existente n atmosfera, em seu estado sólido (granizo), líquido (chuva, gota de água) ou de vapor(ciclo de evaporação))
5. Instrumentação e sistemas de medição atmosféricos, radares, redes de observação em diferentes escalas
6. Agrometeorologia (interferência do clima e do tempo na agronomia),
7. Biometeorologia (interação entre os seres vivos e a atmosfera, tais como os efeitos da poluição do homem e efeitos do clima sobre a vegetação a e biodiversidade)
8. Paleoclimatologia (estudo dos climas no passado próximo e remoto)
9. Micrometeorologia
10. Camada Limite Planetária (CLP)
11. Turbulência atmosférica
12. Química atmosférica (estudo dos poluentes da atmosfera)
13. Interação superfície-atmosfera (trocas de fluxos de calor e vapor de água, evapotranspiração, controle biofísiológico da transpiração vegetal, ciclo do carbono, etc)
14. Interação Ar-Mar
15. Meteorologia aeronáutica e meteorologia náutica
16. Meteorologia sinótica (previsão numérica do tempo)
17. Meteorologia de latitudes médias
18. Meteorologia tropical
19. Sensoriamento remoto (por satélites, radares, radiossondagem(ens), perfiladores, lasers etc) da atmosfera e da superfície
20. Radiação atmosférica (interação da radiação solar com a matéria do ar)
21. Meteorologia urbana

Fenômenos atmosféricos

Os fenômenos meteorológicos são os objetos de estudo da ciência atmosférica. Esses fenômenos são mensurados pelos seus componentes principais (luz, água, eletricidade) ou por variáveis meteorológicas (temperatura, pressão, umidade do ar). Há também a classificação em escalas, que leva em consideração o tamanho e a duração do fenômeno. A primeira camada da troposfera é chamada Camada Limite Atmosférica (CLP), e é onde ocorrem a maioria desses eventos.

Entre os fenômenos conhecidos destacam-se:

1. ciclone tropical (furacão,tufão)
2. ciclone extratropical
3. tornado
4. hidrometeoros (chuva, formação de nuvens, granizo, neve, gota de água, orvalho, geada)
5. frente-frias e frente-quentes
6. linhas de instabilidade
7. complexos convectivos de mesoescala
8. veranicos e invernicos
9. seca
10. El Niño
11. Ilha de calor urbana
12. Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS)
13. fotometeoros (halo, arco-íris, miragem, coroa lunar)
14. eletrometeoros (raio, trovão)

Camadas atmosféricas

As camadas atmosféricas mais extensas são em número de cinco:

1. troposfera
2. estratosfera
3. mesosfera
4. ionosfera
5. exosfera

Cada camada apresenta, suas próprias características termodinâmicas e de escoamento atmosférico.

Bibliografia acadêmica

1. Wallace, J. M. and P. V. Hobbs, 2006: Atmospheric science: an introduction survey – 2dn ed. Book.Amsterdam: Elsevier Academic Press. 483 pp.
2. Holton,J.R., 2004: An Introduction to Dynamic Meteorology. Book: 4th ed. Amsterdam: Elsevier Academic Press. 529 pp.
3. Petterssen, Sverre, 1956: Weather Analysis and Forecasting. New York: McGraw-Hill Book Company, Inc., Vol.1: 428 pp, and Vol.2.
4. Oke, T., 1987: Boundary Layer Climates. Second Edition. Routledge Publ., 435 pp.
5. Stull, R. B., 1988: Boundary Layer Meteorology. Kluwer Acad. Publ., 647 pp.

Fonte:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Meteorologia