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FLG 0150 – FundamentosNaturais da Geografia

Disciplina Ministrada peloProf. Dr. Antonio Carlos Colangelo

Aula do Prof. Dr. Ricardo Augusto Felicio

Panorama Geral dosEstudos de Climatologia

1 – Introdução

O presente resumo de aula visa explanar alguns conceitos básicos sobre aClimatologia, inserida na Ciência Geográfica, para os alunos recém ingressos nocurso de Geografia da Universidade de São Paulo.

O tema proposto integra a disciplina introdutória de Fundamentos Naturaisda Geografia, que nos remete aos conceitos da realidade da Geografia Física esuas atribuições.

2 – O Planeta Terra

Terceiro planeta do sistema Solar, cuja estrela, chamada Sol, com umdiâmetro de ~1.392.000km, responsabiliza-se por cerca de 99,5% da energia queincide na superfície da Terra. Além da Terra, os planetas Mercúrio, Vênus eMarte são classificados como Telúricos, onde a densidade média oscila em tornode 5g/cm3. São conhecidos também como planetas internos. Diferem nacomposição e tamanho dos planetas externos, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno,chamados Jupterianos ou Jovianos, em alusão à Júpiter. A composição dosplanetas externos, na maior parte de gases, mantêm suas densidades médias maispróximas de 1g/cm3 (Saturno, com a menor densidade do sistema, possui0,96g/cm3, ou seja, se fosse possível colocá-lo sobre uma bacia de água, eleflutuaria). Plutão e sua lua Caronte (tão grande quanto ele próprio, daí a suaclassificação como planeta duplo, já que o centro de gravidade rotacional entre oplaneta e a sua lua está fora do interior de Plutão) estão sob avaliação pelaComunidade Astronômica Internacional. Será bem provável que uma terceiracategoria de planetas seja criada: os Plutonianos. Se isto de fato se consolidar,teremos mais dois planetas contabilizados no sistema: Ceres (um grandeplanetóide, imerso no cinturão de asteróides, cuja existência pode ser atribuídapor um proto-planeta que não se formou devido ao Limite de Roche, ou que foidestruído por estar neste limite) e Xena (definitivamente, o último planetaencontrado).

Além da densidade e posição no sistema Solar, a Terra também seassemelha aos planetas internos pelo tamanho. Sabendo-se que o seu raio é de~6.378km, poderemos fazer algumas comparações interessantes. Para finsdidáticos, arredondemos esse número para 6.000km. Teremos então uma “Terra”

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com 12.000km de diâmetro. Quanto seria a medida vertical de toda a atmosferada Terra? Apenas 400km. Deste “todo” da atmosfera, a parte que nos interessa,cujas atividades humanas se inserem e onde se concentram cerca de 90% de todaa massa da atmosfera é bem menor. A parte inferior da atmosfera, com maiordensidade, é conhecida por troposfera. Esta camada tem menos de 20km dealtura vertical e inicia-se na superfície. Vendo sob esta óptica, a comparaçãoentre raio da Terra e sua atmosfera nos indica que esta última é extremamentedelgada.

Para saber mais:Edouard Roche (1820-1883) astrônomo francês, em 1850 demonstrou que, para um satélitefluido, mantido apenas pela sua auto-gravidade, com densidade média ρm, orbitando em tornode um planeta de densidade média ρM e raio R, a distância mínima d do planeta em que osatélite poderia orbitar estavelmente seria dada por:

Se o planeta e o satélite têm densidades iguais, o limite de Roche é 2,44 vezes o raio do planeta,ou seja, é a distância mínima para que o satélite não seja destruído. O mesmo conceito vale paracorpos celestes maiores, como uma estrela e seus planetas.

3 – Estudar a Atmosfera

Uma pergunta inicial que o novo aluno deve imaginar é o motivo de seestudar a atmosfera da Terra em um curso de Geografia. A explicação baseia-seem dois grandes princípios (não excluindo a hipótese que possam existir outros).O primeiro deles é que a atmosfera da Terra é integrante dos Sistemas NaturaisTerrestres de Superfície – SNTS. No segundo caso, a mesma atmosfera, deacordo com a visão sistêmica, foi considerada como um sub-sistema, aliada aoutros sistemas que, em sinergia, integram o Geossistema (conceito derivado daTeoria Geral dos Sistemas – TSG e absorvido pela Geografia com este nome).Na prática, a diferença entre SNTS e o Geossistema (TGS) é que o primeiroexclui o Homem como elemento do conjunto (COLANGELO, 2004).

Elucidadas as diferenças, abordemos a atmosfera no conceito de SNTS.Veremos que as principais orientações da Geografia Física se concentram ou seobservam no que é definido como o Estrato Geográfico Terrestre. Grigoriev, em1968, determinou que esta “lâmina” da Terra seria compreendida entre a litosferae a estratosfera (Fig.1). Mais precisamente, não muito mais que uma dezena dequilômetros de profundidade na crosta, a partir da superfície (incluindo, se fornecessário, os oceanos) e não mais que duas ou três dezenas de quilômetros dealtura na atmosfera, também partindo da superfície (incluindo toda a primeiracamada, a troposfera, e a parte baixa da estratosfera, onde temos a concentraçãomáxima de produção de ozônio, a ozonosfera). Este intervalo de 30 a 40

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quilômetros seria o palco das sociedades humanas, com suas organizações,reproduções e grandes mudanças na Natureza (ROSS, 2005).

Fig.1: Uma representação pictórica do Estrato Geográfico Terrestre.

Observando-se o esquema octaédrico elaborado por Colangelo, em 1989,percebemos que duas entidades distintas competem em maior amplitude: Clima eRocha (Fig.2). As outras entidades, pertencentes ao plano da superfície, tambémtêm seus respectivos competidores, contudo, são ortogonais às duas principaisentidades. Nesta disputa de forças endógenas e exógenas, o Clima, representadopela atmosfera, aparece como principal agente, com habilidades móveis notáveis(transportes de massa e energia vigorosos e constantes). Se analisarmos por estaperspectiva, esta premissa já nos basta para considerarmos o clima como um dosprincipais aspectos geográficos, notórios de serem estudados pela Geografia.Sua atuação poderá ser expressa por efeitos tanto mecânicos, quanto químicos.

Fig.2: Esquema octaédrico de concorrência das forças endógenas e exógenas que pertencem aoSNTS e atuam no Estrato Geográfico Terrestre (Fonte: COLANGELO, 2004).

4 – Como Estudar a Atmosfera

O estudo da atmosfera, a priori, é dado a um ramo das Ciências da Terra,conhecido como Meteorologia. Esta Ciência engloba, em sua constituição,diversas disciplinas, a saber: Física, Química, Matemática, Computação,Instrumentação, Astronomia, Oceanografia e a própria Meteorologia. Tem comometa, ser completamente objetiva, muito mais calculista e, as vezes, estocástica,

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do que descritiva. Usa todos os atributos das Ciências citadas anteriormente paratentar interpretar, explicar e prognosticar os fenômenos atmosféricos. AMeteorologia, em seu sentido mais amplo, é uma Ciência extremamente vasta,pois a atmosfera é muito extensa, variável e sede de um grande número defenômenos. Contudo, podemos verificar que certas idéias e conceitos básicosestão presentes em todas as áreas da Meteorologia.

A Meteorologia é dividida em dois grandes grupos (como diversas outrasCiências que tendem a ter um uso mais pragmático das suas habilidades):

• A Meteorologia Pura estuda esta vasta Ciência com o objetivo de pesquisa,nas sub-áreas de Sinóptica (o grande forte da Meteorologia) Dinâmica,Biológica, Química etc.;

• A Meteorologia Aplicada estuda as descobertas meteorológicas no empregodas atividades humanas: marítima, aeronáutica, agrícola, hidráulica etc.

Contudo, estuda-se a atmosfera também por um dos ramos ambíguos daMeteorologia e da Geografia: a área de Climatologia, pois esta pertence às duasCiências, porém, parecem ter propósitos diferentes dentro de cada uma delas.Vejamos esta dualidade com cuidado.

Comecemos com o cerne de atividades em que trabalham as duas Ciênciasque empregam a Climatologia, já que ambas possuem variações metodológicas,teóricas e até de pontos de vista:

Na Meteorologia, Ciência da área de Exatas (chamadas duras) o principalfoco e realizar prognósticos de tempo para 12 ou 24 horas, a até uma semana.Normalmente, a Climatologia aparece como um dos campos de estudo paraauxiliar as avaliações da atmosfera primitiva, permitindo realizar prognósticos delonga duração (ou sazonais). Também auxilia nas comparações estatísticas dediversos períodos. Para a Meteorologia, a Climatologia pode auxiliar nadescoberta dos estados médios da atmosfera, permitindo expressar tendênciasclimáticas. É possível realizar rastreamento através de registros meteorológicosseriados de longa duração, com no mínimo, cinco anos (visões de Hann /Köppen). A Climatologia pode expressar médias de parâmetros meteorológicosem várias escalas temporais.

Nas Ciências Humanas (Geografia) a Climatologia pode representar umasucessão de estados atmosféricos (o tempo meteorológico e as suas variações).Este conceito tenta expressar a idéia de ritmos, com a troca de estados daatmosfera sobre um determinado lugar, caracterizando ou sendo caracterizada porele (visões de Sorre, 1930; MONTEIRO, 1973). Pode-se entender que aClimatologia caracteriza-se também pelo estado habitual da atmosfera sobre umdeterminado lugar (Sorre).

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Contudo, se olharmos com cuidado, “estado habitual” e “média dosparâmetros meteorológicos” podem representar a mesma teoria, por meio depontos de vista diferentes (seria esta a tal polissemia entre as Ciências?).Atualmente, este é o novo paradigma da Climatologia na Geografia(AZEVEDO, 2001).

As diferenças também não param apenas na visão conceitual. Para ambasas Ciências, os conflitos podem surgir por motivos de escalas (espaço e tempo),além das teorias e métodos. A Meteorologia normalmente observa apenas trêsescalas, com variações internas a elas mesmas, caracterizadas como Alfa (α)Beta (β) e as vezes, Gama (γ). Na Geografia, o pesquisador se arma de diversasescalas de observação, conforme a Natureza a ser estudada (pode-se imaginar,didaticamente, um controle de Zoom mirado para o alvo de sua pesquisa).

Devemos entender também que na área de Meteorologia, como parteintegrante da Física Aplicada, a atmosfera começou a ser entendida como umente ideal, onde há uma parametrização de sua estrutura com rígidas regras, asaber:

• Pode ser modelada por um conjunto de equações, conhecidas como EquaçõesPrimitivas do Movimento, que operam sob regras específicas;

• É um fluido adiabático;

• É um fluido não viscoso;

• Define a coordenada vertical como sendo a altura geométrica.

A partir deste momento, a modelagem em escala global poderia serentendida pelas Equações Primitivas do Movimento:

• Equação do Movimento Horizontal;• Equação da Hidrostática;• Equação da Continuidade;• Equação da Termodinâmica; e• Equação de Estado.

Na visão da Geografia, a atmosfera faz parte de um todo e interage comoparte integrante deste. Portanto, as suas diversas escalas de trabalho permitiramque suas teorias e métodos se fortalecessem de maneira diferente. É preciso sepreocupar com o geográfico. Desta maneira, observação e descrição tornam-semuito importantes e não podem ser abandonados, o que é perfeitamente correto.As explicações dos fenômenos da atmosfera surgirão desta íntima relação com omeio que cerca o geógrafo, na sua crítica visão de mundo (por que as coisas são oque são e por que as coisas estão onde estão?). Neste instante, formula-se(matemática ou empiricamente) teoriza-se (como funcionam e operam os

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fenômenos e suas relações) rescreve-se o que há de novo, o que foi descoberto.Há uma percepção que o objeto em estudo é uma interpretação do mundo.

E quando surgiu um conflito na Climatologia? De um lado, quando aCiência Meteorologia percebeu que necessitava saber do geográfico para poderinterpretar melhor os fenômenos atmosféricos, quando se aproximava cada vezmais das rugosidades do estrato geográfico (naturais e/ou antropogênicas). Poroutro lado, quando a Ciência Geografia percebeu que necessitava entenderquantitativamente e se armar de ferramentas da Matemática para poder entendercertos aspectos do clima como um todo (Fig.3). Esta inversão de escalas, entre asduas ciências, tornou-se um grande paradigma metodológico.

Fig.3: A Meteorologia e a Climatologia da Geografia (com ou sem a TGS) partiram de objetivosdiferentes, mas, com o passar dos anos, convergiram para os pontos iniciais de cada uma dasCiências.

Faz-se necessário também se entender que ambas as Ciências, na área deClimatologia, elaboram estudos teóricos para entender, explicar e conceituar osfenômenos na atmosfera, suas causas e conseqüências. Além destes, em ambas asCiências, a Climatologia gera estudos pragmáticos, como uma “Engenharia”, quevisam aplicações práticas de maior ou menor abrangências. Contudo, percebe-seque apenas na Climatologia dentro da Geografia, que se apoiam estudos maiscríticos sobre a atmosfera. Estes, visam posicionar e auferir críticas racionais aosprocessos pragmáticos do uso e do entendimento da atmosfera, no emprego geraldas atividades humanas. Pode-se dizer que há uma ontologia e epistemologia daCiência chamada de Climatologia. Ex.: Aquecimento Global Antropogênico –Verdade ou Fraude?! Esta pergunta dificilmente será feita fora deste ambienteque a Geografia proporciona (há um caráter filosófico dentro desta Ciência queabre as discussões). Contudo, como há grande divergência dos pesquisadoresdentro das duas Ciências, é possível que, no futuro, ambas possam ter pontos deconvergência, respeitando suas individualidades.

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5 – O que é Clima?

O Clima representa a interação entre qualquer superfície do globoterrestre (natural ou antropogênica) com a atmosfera em diversas escalas. AClimatologia surge para estudar os diversos tipos de climas. Como o estratogeográfico, na sua intimidade, apresenta uma infinidade de tipos de superfície,teremos uma infinidade de tipos de climas (Fig.4). Conforme se afasta dasuperfície, este número vai reduzindo, pois muda-se para uma escala deobservação em que os detalhes não importam. Mas ao se aproximar da superfície,o número de climas aumenta. Então, para cobrir esta miríade de possibilidades,os estudos da Climatologia podem trabalhar em diversas escalas, segundo opropósito e aplicação destes mesmos estudos.

Fig.4: A rugosidade da superfície pode ser entendida como todos os elementos que aconstituem, sejam naturais (montanhas, lagos, oceanos, florestas, campos) quantoantropogênicos (plantações, represas, cidades etc.). Cada um destes elementos sugere umainteração diferente com a atmosfera da Terra, influenciando ou sendo influenciado. Destamaneira, nas escalas próximas dos objetos geográficos, aumentam-se os tipos de climas.

6 – A Atmosfera

Por definição, é um corpo extenso de gases, presos pelo campogravitacional da Terra e pertence ao grupo de fluidos geofísicos do planeta(oceanos, atmosfera, manto). Como a atmosfera é um fluido, poderemosconsiderá-la como um oceano, cujo fundo é a superfície dos continentes e mares.Contudo, por ter uma espessura muito pequena em relação ao raio da Terra (naproporção de 0,0627km) consideraremos a atmosfera como um oceano de águasrasas.

Verifica-se que a sua constituição gasosa permanece estável nasproporções de 78,00% de nitrogênio, 21,00% de oxigênio, 0,93% de argônio e0,07% de gases traços, onde estão inclusos neste cômputo de traços, também odióxido de carbono, em apenas 0,033%, todos os outros gases nobres etc. (Fig.5).

A atmosfera é uma palavra que designa apenas o corpo gasoso referente aoplaneta Terra. Ela é empregada “erroneamente” para falar dos corpos gasosos deoutros planetas, por falta de um termo melhor. A atmosfera é a sede dos mais

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diversos fenômenos meteorológicos (eventos) e seus agentes, os meteoros(coisas).

Fig.5: Constituintes atmosféricos em suas proporções estáveis.

7 – Os Meteoros

Os meteoros foram definidos pelos antigos gregos como os corpos ouentidades suspensos na atmosfera da Terra. Contudo, modernamente, estadefinição foi reescrita, já que precisamos discernir outros corpos que passeiam naatmosfera, como aviões, pássaros etc. Então, modernamente, os meteoros sãodefinidos como corpos ou entidades, suspensos na atmosfera da Terra, mas quepossam produzir fenômeno meteorológico. Exemplos, nuvens, geramrelâmpagos, precipitação líquida etc. Gotas de água suspensas, geram chuvas,flocos de neve surgem e produzem nevascas e assim por diante. Estes fenômenosatmosféricos ocorrem em diversas partes do globo, contudo, alguns deles sãomais específicos de ocorrer em certas áreas, permitindo que sejam tratados comocaracterísticas regionais. Neste ponto de vista, os fenômenos se tornaramaspectos geográficos, tornando-se assim, foco dos estudos da Geografia.

Para saber mais:Meteoróide: corpúsculo celeste que vaga pelo espaço interplanetário, menores que asteróides, sem rotadefinida. Caem cerca de 1 milhão deles na Terra por dia, a maior parte do tamanho de poeira. Júpiterdefende bem o sistema Solar interior. A última grande defesa foi em 1994 quando o cometa Shulmaker sedespedaçou ao se aproximar do planeta gigante;Meteoro: por definição clássica, corpo suspenso na atmosfera terrestre (nuvem, gota, avião, passarinho).Na definição moderna, acrescenta-se a expressão “que produza fenômeno meteorológico”. Portanto,quando um meteoróide penetra na atmosfera, torna-se um meteoro (produz luminescência, por exemplo).O último registro de um grande meteoro que passou pela atmosfera e não caiu (portanto, não tornou-semeteorito) foi em 1978, no Canadá. A grande velocidade adquirida na sua entrada na atmosfera e opequeno ângulo de incidência foram suficientes para que ele voltasse ao espaço;Meteorito: é o meteoro que sobreviveu à queima na atmosfera e atingiu a superfície. Enquanto estiversuspenso na atmosfera, ele é denominado meteoro. De cada dez, sete caem no mar. Dos trêsremanescentes, um será encontrado na Antártida. Um meteorito de 2km de raio é suficiente para extinguira vida na Terra. Em simulações de modelos, se o mesmo caísse no oceano, suas águas seriam colocadasem órbita da Terra.

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8 – Escalas da Climatologia

Como vimos, a ciência geográfica permite uma enorme flexibilidade nouso das escalas. No âmbito corológico e cronológico, algo indissociável, aClimatologia se apropria desta premissa e emprega a escala que for maisconveniente ao estudo ora abordado (Fig.6). Nestes termos, os panoramasclimáticos podem ser definidos do macro ao micro. Contudo, o grandefomentador de toda a dinâmica da atmosfera é a energia proveniente do Sol. Eleinstiga a atmosfera, com interações de altas energias na parte superior, como aionosfera, mas a maior quantidade desta energia, em forma de ondas curtas,atinge a superfície do planeta. O modo como esta incidência ocorre, define osmacro sistemas climáticos e a dinâmica que neles é gerada. A rugosidade doestrato geográfico e seus constituintes definirão outras diversas interaçõesclimáticas, tornando-se cada vez mais importantes, conforme se aproxima daescala real na interpretação dos fenômenos.

Fig.6: Corologia e cronologia são partes integrantes dos estudos de Geografia. Com aClimatologia não é diferente. Utiliza-se diversas escalas espaço/temporais conforme o objeto doclima a ser estudado.

9 – Latitudes e Zonas Climáticas

Numa visão mais ampla, na tentativa de se localizar os fenômenos,precisar sua gênese e verificar sua dinâmica, definiu-se as latitudes climáticas.Estas faixas latitudinais levaram em conta os fatores astronômicos da Terra emrelação ao Sol, já que este é o fornecedor majoritário da energia que nos éfornecida (~99,5%). As faixas latitudinais foram agrupadas por apresentaremcaracterísticas climáticas semelhantes, causados pelos movimentos astronômicosde translação e precessão. Este último, didaticamente falando, define as linhasdos trópicos e dos círculos polares. Contudo, não temos apenas a questãogeométrica da inclinação da Terra, mas sim, outros fatores importantes. Um delesé a distância do Sol que permite considerar que os feixes de energia incidentessobre a Terra sejam paralelos (distância média Terra-Sol é de 150 x 106km).Desta maneira, se um feixe definido dentro de um ângulo sólido qualquer econstante, com uma certa quantidade de energia também constante quechamaremos de Ε, incidir sobre o Equador da Terra, em um ângulo de incidênciade 90º, formando uma área A, teremos, nesta latitude, uma certa quantidade de

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energia distribuída d1 numa área na razão definida por d1 = Ε/A. Se caminharmosem sentido a um dos pólos da Terra, o mesmo ângulo sólido de incidência, com amesma quantidade de energia Ε, vai permanecer, porém, devido à curvatura doplaneta, o ângulo de incidência irá mudar para valores acima de 90º. Este efeitoresultará em uma área de incidência maior. Supondo que em uma dada latitudebem acentuada (70ºS, por exemplo) a área iluminada seja 2A, a quantidade deenergia distribuída d2 será bem menor, pois a razão ficou definida por d2 = Ε/2A(Fig.7).

Fig.7: A mesma quantidade de energia chega pelos dois feixes, contudo, o que mudou foi a áreade incidência. Quanto mais inclinado, menor é a quantidade de energia distribuída, pois a áreaaumentou. Percebe-se o fato pelos feixes que duas lanternas idênticas emitem sobre uma mesa.A figura ovalada possui uma área muito maior que a figura circular. Neste exercício, o circulotem uma concentração maior de energia por área e o oval, não (Fonte: AHRENS, 2000).

Estas diferenças de incidência são o ponto crucial de definição damodelagem mais simples das quatro latitudes climáticas e que tambémauxiliam na definição das cinco zonas climáticas. São elas:

Latitudes Equatoriais: localizações da Terra dentro da faixa de 5ºN e 5ºS,contendo o Equador;

Latitudes Tropicais: faixa limitada entre o trópico de Câncer (23º27’N) e otrópico de Capricórnio (23º27’S) que engloba também aslatitudes equatoriais. Estes paralelos definem o máximo emínimo da Eclíptica;

Latitudes Médias: Uma em cada hemisfério, é a faixa limitada entre otrópico e o círculo polar do respectivo hemisfério(HN: 23º27’N ao 66º33’N e HS: 23º27’S ao 66º33’S);

Latitudes Polares: calotas definidas pelos círculos polares e seus respectivospólos (HN: 66º33’N ao 90ºN e HS: 66º33’S ao 90ºS).

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Como zonas climáticas, temos áreas delimitadas mais pela similaridadeclimática do que pelos efeitos astronômicos (Fig.8). São elas:

Zona Equatorial: localizações da Terra dentro da faixa de 15ºN e 15ºS, contendoo Equador;

Zonas Tropicais: uma em cada hemisfério, disposta de modo que englobe alinha do trópico do respectivo hemisfério (HN: 15ºN ao 30ºN eHS: 15ºS ao 30ºS);

Zonas Médias: uma em cada hemisfério, é a faixa que delimita o maiorgradiente de temperatura, conforme se aproxima das áreaspolares do respectivo hemisfério (HN: 30ºN ao 60ºN eHS: 30ºS ao 60ºS);

Zonas Polares: uma em cada hemisfério, determina uma faixa onde ogradiente de temperatura, embora baixo, relativamente seestabiliza, em relação às zonas Médias, conforme se aproximado pólo do respectivo hemisfério (HN: 60ºN ao ~75ºN eHS: 60ºS ao ~75ºS).

Zona Ártica: calota definida por temperaturas muito mais baixas que asencontradas na zona polar Norte (HN: ~75ºN ao 90ºN);

Zona Antártica: calota definida por temperaturas muito mais baixas que asencontradas na zona polar Sul. Também difere da Ártica porser muito mais fria e seca (HS: ~75ºS ao 90ºS).

*Embora a listagem apresente seis zonas climáticas, contabiliza-se as zonas Ártica e Antártica apenasuma vez.

Fig.8: Modelo simples para delimitaras zonas climáticas da Terra pelassimilaridades climáticas.

Não podemos esquecer que a distribuição dos continentes e oceanos irãointerferir nestas classificações, já que os mesmos se apresentam nas maisvariadas latitudes (Fig.9). Estas regiões auxiliam na definição da origem das“massas de ar”.

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Fig.9: Do modelado ao verificado, nota-se que há grande variabilidade latitudinal dasfaixas climáticas definidas teoricamente (Fonte: MEC – FENAME, 1978).

10 – Massas de Ar

O conceito de “massas de ar” deve ser considerado mais para finsdidáticos do que um fator representativo da realidade. Foi criado em ~1904, porum meteorologista norueguês chamado Bjerk. Aceita-se que uma parcela muitogrande da atmosfera que permaneça tempo suficiente sobre uma certa área doplaneta, adquira as propriedades mais particulares desta região. Estasparticularidades podem ser definidas pela quantidade de energia incidente nasuperfície terrestre que esteve em contato com a massa de ar, aquecendo ouresfriando-a. Também pode ser a quantidade de umidade que esteve disponívelpara evaporar para a massa. Contudo, não podemos esquecer que a atmosfera éconsiderada um meio contínuo.

Como argumentos classificatórios das massas de ar, temos: a latitude deonde ela se originou; a sua superfície de contato original (continente, oceano,gelo etc.); se houve fornecimento de umidade; e qual a temperatura predominante(entendendo que aqui, o conceito de temperatura engloba todos os processos queestariam envolvidos no âmbito interno desta massa de ar, como turbilhões,convecções, potencial evaporativo etc.). Em um consenso muito simples,sabemos que há relações entre as zonas climáticas e os valores de temperatura eumidade. Portanto, as temperaturas e disponibilidade de umidade no ar variam domaior para o menor conforme se caminha do Equador para os pólos. Estadistribuição também não é tão trivial, pois continentes e oceanos possuemassinaturas específicas, quando abordamos estes dois grandes parâmetrosmeteorológicos. Normalmente, os efeitos da continentalidade são de diminuir a

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disponibilidade de umidade no ar, enquanto que a presença dos oceanos inverteesta situação (não estamos contabilizando aqui, os processos da dinâmica daatmosfera, como ciclones e anti-ciclones). Contudo, apresentamos o esquema deKöeppen, onde se classificam as massas de ar na escala global, levando-se emconta a disposição dos oceanos e continentes, ou seja, as combinações possíveisnesta escala, além das temperaturas relativas entre as mesmas massas de ar, tantofrias (kalt) como quentes (warm):

Tipo Marítimas ContinentaisEquatorial mE cETropical mTw mTk cTw cTkPolar mPw mPk cPw cPkÁrtica mAAntártica cA

Deve-se entender que estas não são todas as combinações possíveis dagênese do clima, mas nos auxiliam na sua compreensão nesta escala deobservação. Se assim o fossem, todos os problemas de Meteorologia eClimatologia estariam resolvidos e o mundo se tornaria totalmente determinista.O objetivo primordial de se criar uma taxonomia completa para o clima estálonge de ser resolvido.

11 – “Força” de Coriolis

Imaginemos que dentro da atmosfera, definido anteriormente como umfluido muito raso, essas massas de ar são extremamente grandes no âmbitohorizontal (com três a quatro mil quilômetros de extensão) mas pouco profundas,já que as massas só ocupam a parte troposférica da rasa atmosfera (menos de20km). O que podemos imaginar, didaticamente, é que essas massas parecemgotas d’água sobre uma mesa, mas uma gota que é pouco elevada e muitoespalhada (assemelhando-se a um ovo frito, porém, mais fino ainda).Imaginemos ainda que cada uma dessas massas de ar possuem característicaspróprias e particulares (temperatura [T], umidade [U], densidade [ρ],estabilidade atmosférica [K] etc.). Elas são muito grandes e se movem contra asoutras. Pergunta-se o que será que ocorre quando duas massas de ar distintas seencontram? Haverá um embate termodinâmico entre as duas, gerando os maisformidáveis fenômenos meteorológicos, visíveis na escala global. Estesfenômenos, embora intensos, são muito lentos, dado o tamanho e deslocamentodas massas, com longa distribuição espacial e temporal. Eles envolvem energiasde potenciais planetários (cada um eqüivale a diversas bombas A). Por sedeslocarem de maneira lenta, as massas de ar e os fenômenos de grandeenvergadura são afetados pela velocidade angular da Terra e as velocidadesdiferenciais escalares em cada latitude, por onde transitam. Devemos entenderque esse efeito é inercial, fazendo com que os movimentos das massas e dosgrandes fenômenos, sofram a ação destas velocidades diferenciais do planetaTerra e da sua curvatura geométrica. Só são perceptíveis nos longos

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deslocamentos de massa da atmosfera, como os ventos, por exemplo. Estavariação inercial é definida como a atuação de uma força fictícia (pois não existe)chamada “Força” de Coriolis.

Devemos entender os argumentos e as propriedades da “Força” deCoriolis como uma força inexistente, porque não há a ação de um agente (umaforça requer um agente, energia e a indicação da aplicação, já que se trata de umagrandeza vetorial). Ela representa um artifício matemático para ajustar acurvatura e o movimento da Terra às Equações Meteorológicas, simulando ainércia dos grandes sistemas meteorológicos com movimentos de longo percursoe duração (ex.: Furacão, Ciclone Extratropical etc.). Em suma, ela representa osdesvios sofridos pelos meteoros, indicando se estão atrasados ou adiantados,conforme se deslocam pela Terra (Fig.10).

Fig.10: Do modelado à realidade, nota-seque os centros de alta pressão (H) seconfrontam, mas o embate não se apresentacomo se fossem “gotas” perfeitas. Énecessário adicionar o efeito de Coriolis, jáque os sistemas envolvidos são grandes osuficiente para terem efeitos inerciais. Omesmo ocorre com o centro de baixapressão (L) que serve como pivô dosistema da Frente Fria ( ).

Para se entender o seu funcionamento, basta imaginar o movimento emum disco plano. A velocidade angular em todos os lugares do disco é a mesma,contudo, a velocidade diferencial linear, será zero no centro do disco e máximana sua borda. Nas posições intermediárias, ela varia nestas condições. Então, selevarmos um observador ao centro do disco, ele ficará apenas girando. Contudo,se o observador saltar para uma posição em sentido à borda do disco, sairáatrasado, pois sua velocidade diferencial anterior era zero. Se repetir oprocedimento, continuará percebendo que seu atraso permanece, contudo, emcada nova posição, ele está ganhando mais velocidade diferencial (ou se preferir,a inércia do disco está em transferência para o observador). Se o processo forinverso, ou seja, o observador estava na borda do disco e partiu, em saltos, para ocentro do mesmo, percebeu que a cada pulo, ele chegava adiantado à posição quepresumiria chegar. Isto ocorre devido ao fato de possuir mais velocidadediferencial (maior inércia) da posição anterior, em relação a nova posição. Nestestermos, resolvemos o problema de compreender o efeito inercial, ou de

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velocidades diferenciais. Quanto ao problema geométrico, o mesmo só aconteceno momento de partida do observador. Em uma situação extrema, se oobservador tentasse seguir por um dos anéis concêntricos do disco desteexemplo, ele teria a impressão de que a posição em que ele presumiria chegar nofinal do salto, desviou-se. Isto aconteceu porque o salto foi em linha reta, mas odisco girou em curva. A partir daí, o observador, já terá saído do raio inicial,desviando-se para uma posição de maior ou menor inércia, conforme o giro dodisco. Concluindo, os movimentos sobre o disco são uma combinação entre osfatores geométrico e inercial, a cada novo movimento instantâneo (Fig.11).

Fig.11: O problema de curvatura. As três aeronaves decolaram sobre latitudesdiferentes. Somente a sobre o Equador não sofreu desvio. As outras, quanto maisafastadas do Equador, mais sofreram desvios (Fonte: AHRENS, 2000).

Na esfera, como na superfície da Terra, o processo é análogo, diferindoapenas na distribuição de momentum, ou, a inércia de cada objeto que se move,diretamente ligado a sua latitude. Quem se deslocar pelo Equador, não terá efeitode Coriolis. Nas adjacências equatoriais, a contribuição de Coriolis é muito fraca.Conforme se ganham latitudes, maior a sua contribuição. O processo é idênticoao do disco, só diferindo devido ao giro da Terra e que esta possui hemisférios.Como a Terra gira de Oeste para Leste, um observador de fora da Terra, sobre opólo Norte, verá o planeta girar no sentido anti-horário. Na mesma situação, massobre o pólo Sul, o observador verá a Terra girar no sentido horário. Estasdiferenças definem que um corpo que se mova pela atmosfera da Terra, do póloSul em sentido ao Equador, sofrerá desvios para a sua esquerda, devido a suapouca inércia. Da mesma maneira, um corpo que se mova do Equador para opólo Sul também sofrerá desvios para a sua esquerda, mas desta vez, por suagrande inércia (velocidade diferencial). A recíproca acontece no hemisférioNorte, porém, com desvios invertidos. Do pólo Norte ao Equador, o desvioocorre para a sua direita, por ter pouca inércia e, do Equador para o pólo Norte, odesvio também é para a sua direita, mas por possuir mais inércia (Fig.12).

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Fig.12: Efeitos de Coriolis. Setas azuis, movimentos de menor inércia (atrasados). Setasvermelhas, movimentos de maior inércia (adiantados). A Terra, girando de Oeste paraLeste, determina giros diferentes aos dois hemisférios. Um observador extraterrestreveria o HN girar em sentido anti-horário e o HS em sentido horário.

Desta maneira, os grandes sistemas atmosféricos e as massas de ar (queem seu núcleo possuem um centro de alta pressão, mesmo sendo frias ouquentes) irão sofrer os efeitos inerciais. O mesmo se aplica aos centros de baixapressão. Então, no hemisfério Norte, os centros de baixa pressão (low – L)possuem giro convergente anti-horário e os centros de alta pressão (high – H)possuem giro divergente horário. No hemisfério Sul, o processo todo seráinvertido, com centros de baixa pressão, com giro convergente horário e oscentros de alta pressão, com giro divergente anti-horário (Fig13).

Baixa (L) Alta (H)

Hemisfério Norte

Hemisfério Sul

Fig.13: Giros dos centros ciclônicos e anti-ciclônicos, conforme o hemisfério, atribuídosaos efeitos inerciais de Coriolis.

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12 – Circulação Geral da Atmosfera

O modelo apresentado nesta visão panorâmica da Climatologia éconhecido como Modelo Tri-celular. Ele foi estimado através de climatologiade longo período que descreve, em média, o comportamento geral da atmosfera eajuda a entender os fenômenos de uma maneira mais geral e global (Fig.14).

Fig.14: Vista do modeloTri-celular, distribuída pelosdois hemisférios da Terra(Fonte: adaptado de AHRENS,2000).

É composto por três grandes células que operam como anilhas (ou toros)ao redor do planeta Terra, em dois conjuntos análogos e invertidos, um para cadahemisfério. A primeira é a chamada célula de Hadley e interpreta osmovimentos na área equatorial e para além dos trópicos, não passando de cercade 30º Norte e 30º Sul. O grande fomentador de energia é a convecção equatoriale os processos convergentes em superfície. Com isto, formam-se grandes nuvensconvectivas que transportam o calor da superfície para o final da troposfera(chamado tropopausa). Nestas altitudes, que podem variar de 16 a 20km, o ardeflete para o Norte e para o Sul. Neste deslocamento em sentido aos pólos, a suagrande inércia (atuação de Coriolis) fomenta a formação de duas grandescorrentes de jato em altitude, conhecidas como jato Subtropical Norte e jatoSubtropical Sul. Estas correntes possuem máximos e mínimos de velocidade,mas oscilam entre 100 a 200km/h. Mas nem todo o ar escoa pelas correntes dejato e uma boa parte dele, mais frio, portanto mais estável, desce para asuperfície, em cerca de 30ºN e 30ºS formando grandes centros de alta pressãoaquecidos e secos (altas subtropicais, em superfície). Como são centros de altapressão, os mesmos geram escoamentos para o Equador que, por sua vez,fechariam a circulação da célula de Hadley.

Contudo, parte deste escoamento também toma o sentido das altaslatitudes, em seus respectivos hemisférios. Nesta situação, próximo de 60ºN e60ºS, o ar quente se depara com o ar frio, proveniente dos centros de alta pressãofrios polares. O embate destas duas massas de ar diferentes geram os maiores

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sistemas termodinâmicos da atmosfera: os ciclones extratropicais e suasrespectivas frentes frias, quentes e oclusas. A frente polar não permite que o arquente tome sua superfície com facilidade, ou seja, o ar quente escala a rampafria até o topo da troposfera e lá, novamente pelo efeito de maior inércia dado porCoriolis, formar-se-ão as mais formidáveis correntes de jato do planeta,conhecidas como jato Polar, com velocidades iniciando em 150km/h e atingindoordens de 300km/h. O jato polar do hemisfério Sul tem a particularidade de serpraticamente contínuo, com raros movimentos de rompimento, o que nãoacontece na sua contra-partida do hemisfério Norte. Uma das explicações para ofato reside na configuração continente-oceanos do hemisfério Sul, além de toda aatividade dos fluidos geofísicos oceano-atmosfera. Esta célula que é compostapela frente polar em superfície, jato Polar em altitude e pelo fraco retorno emaltitude é chamada de célula de Ferrel. A última célula, chamada de célulaPolar, é que fecha o circuito, alimentada pelo ar que não participou do jato Polar,em altitude (afinal, a atmosfera é considerada um sistema aberto) e se concentrasobre o seu respectivo pólo. Esta concentração de ar frio causará subsidência,descendo até a superfície, tanto sobre o Ártico, quanto sobre a Antártida. Estefenômeno formará centros de alta pressão frios (e extremamente frios, no casoantártico) que escoarão o ar para as latitudes próximas de 60ºN e 60ºS,alimentando a frente Polar (Fig.15).

Fig.15: Vista dos perfis das células de Hadley (Equador até 30º) Ferrel (30º aos 60º) ePolar (60º aos 90º). A altura da tropopausa vai baixando conforme se aproxima dospólos frios (Fonte: adaptado de AHRENS, 2000).

O intuito de se observar o modelo Tri-celular é que o mesmo nos permiteverificar as zonas de maior precipitação, insolação etc. que serão úteis naavaliação de outros constituintes geográficos, como o relevo, vegetação, solos eassim por diante. Em geral, nesta disputa de forças endógenas e exógenas,ventos, gelo, chuva, calor, serão agentes que auxiliam a degradação em escaladiretamente proporcional, contudo, esta tarefa não é nada trivial, dada aespecificidade de cada um dos agentes e de quem sofre a ação (Fig.16). Comoexemplo, ilustramos a divisão em regiões climáticas, determinada através daprecipitação total acumulada anual (Fig.17) e a tabela de referência:

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Nomenclatura Precipitação Total [mm/ano]Super úmido ≥ a 2.500Úmido de 1.500 a 2.500Sub-úmido de 750 a 1500Semi-árido de 250 a 750Árido de 100 a 250Hiper árido < que 100(Fonte: CONTI, 1989).

Fig.16: A ação dos agentes do clima são proporcionais aos efeitos de degradação.

Fig.17: Exemplo de escala semelhante a de Conti para a divisão em regiões climáticas,determinada através da precipitação total acumulada anual (Fonte: NOAA, 2008).

13 – Modelagem

Das necessidades de pesquisa e de elaborações mais pragmáticas dainterpretação do Clima, surgem os modelos de ordens superiores que tentamrepresentar mais fidedignamente a atmosfera da Terra e a sua Climatologia.

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Para tanto, um conjunto de premissas necessitam ser cumpridas paramodelagens mais eficientes e computadorizadas:

• Coleta eficiente, confiável e exata de dados, com boa distribuição em umamalha ou rede que atinja os objetivos da modelagem;

• Depuração e Pré-processamento dos dados coletados, evitando-se queequívocos, falhas e redundâncias prossigam para a fase de integração domodelo matemático;

• Processamento das integrações temporais pelo modelo matemático (Sistemade Equações) utilizando os dados coletados como alimentação de informaçõesiniciais (estado sinóptico da atmosfera);

• Saída de produtos após as integrações das equações do modelo;• Análise das saídas por pesquisador qualificado (onde a subjetividade conflita

com a objetividade – a Filosofia faz o papel de mediador, conforme aformação bem rígida do pesquisador);

• Validação das saídas dos modelos pelo pesquisador ou o operador;• Apresentação das saídas em formatação apropriada (cartas*) que facilitem a

interpretação e explanação do que se obteve como resposta e do que foidepurado pela análise qualificada.

* Lembrando que a cartografia é a principal linguagem da Geografia.

Deve-se entender que as modelagens são uma construção humana,através da sua interpretação de mundo (subjetividade inerente a quem elabora omodelo, Fig.18).

“Ainda que os modelos busquem a perfeição, eles nunca devem serentendidos como uma coisa de fato. Os modelos são e serão representaçõesimperfeitas da realidade, pois só assim que eles podem ser entendidos comomodelos, caso contrário, seriam a própria realidade.”(SOUZA, 2007:26).

Fig.18: Exemplo de saída visual de um modelo de Meso escala (Fonte: NOAA, 2008).

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14 – Controle Pragmático do Clima

Pela óptica de Nagel, 1979, seria possível controlar o clima? A resposta évariável e depende se o objeto é passível de ser controlado. Alguns exemplos:

• Pode-se controlar eficientemente uma plantação, em estufa;• Pode-se controlar moderadamente uma plantação em área aberta;• Dificilmente será possível de se deter um tornado (?);• Praticamente impossível de se deter uma Corrente de Jato (?).

Dentre os empregos (ou engenharias de se usar o clima) temos os diversoscultivos de alimentos, a prospecção das produções industriais (muito calor, maissorvetes; muito frio, mais agasalhos) geração de energia (eólica, hidrelétrica)planejamentos e adoção de estratégias urbanas, rurais, políticas etc. Eminstâncias não tão altruístas, temos as máquinas meteorológicas, as estratégias eplanejamentos militares para emprego e instrução e a criação das armas de guerrae seus diversos projetos existentes e empregados (projeto High Frequency ActiveAuroral Research Program – HAARP ou Programa de Pesquisa de AltaFreqüência de Aurora Ativa – E.E.U.U que induz o aquecimento da ionosferasobre o Alasca, Fig.19; projeto Popeye, Vietnã, 1967 que estendeu as chuvas demonções por mais de 365 dias; projeto Typhoon, nos anos de 1950 queconseguiu desviar um furacão, mas para a desgraça deles mesmos e a elaboraçãode novos polímeros como o DYNAGEL®, com capacidade de alterar aspropriedades térmicas da água, congelando-a instantaneamente).

Fig.19: Vista aérea (esq.) e local (dir.) do campo de antenas de HAARP, Alasca.

15 – Considerações Finais

Embora o objetivo da Climatologia, em geral, seja estudar a localização,gênese e evolução espaço/temporal dos fenômenos meteorológicos e climáticos(coisas e eventos) a criação de uma taxonomia climática ainda está longe de serconcluída, pois a atmosfera da Terra é extremamente vasta, composta de umfluido altamente dinâmico e que interage expressivamente com os outrosconstituintes geográficos.

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Algumas Bibliografias Consultadas:

AHRENS, C. D. Meteorology Today, EUA: Brooks/Cole, 2000, 6ª edição,450p;

AZEVEDO, T. R. Derivação antrópica do clima na Região Metropolitana deSão Paulo abordada como função do ritmo semanal das atividades humanas.2001. 434 f (mais anexos). Tese (doutorado). Faculdade de Filosofia Letras eCiências Humanas, Universidade de São Paulo;

COLANGELO, A. C. Geografia Física, pesquisa e ciência geográfica, Geousp –Espaço e Tempo, São Paulo, n. 16, p.09-16, 2004;

CONTI, J. B. O meio ambiente tropical. Geografia, São Paulo, vol. 14, n. 28,p.69-79, out/1989;

MONTEIRO, C. A. F. A dinâmica climática e as chuvas no Estado de SãoPaulo: estudo geográfico sob forma de atlas. São Paulo: Instituto de Geografia,Universidade de São Paulo, 1973. 130 p.

SOUZA, D. M. A cartografia no ensino da Geografia no nível fundamental.2007. 105 f. Trabalho de Graduação Individual, Faculdade de Filosofia, Letras eCiências Humanas, Universidade de São Paulo.

ROSS, J. L. S. A geografia: da natureza à sociedade in ROSS, J. L. S.(Org.)Geografia do Brasil. São Paulo: Edusp, 2005. p. 15-17.

Sítios da Internet*:

http://www.haarp.alaska.edu/

http://www.noaa.gov/

http://satelite.cptec.inpe.br/home/

*Todos acessados em 13 de abril de 2.008.**Figuras sem fonte descriminada foram desenvolvidas pelo autor.

Ricardo Augusto FelicioProf. Dr. Climatologia – Depto. de Geografia – USP

[email protected]