Como ler gráficos Skew-T

Se você nunca viu um gráfico Skew-T antes, dizer que eles podem parecer um pouco intimidadores é um grande eufemismo. Mas com um pouco de prática, você pode se tornar um mestre da Skew-T e abrir novas portas para aprender sobre uma variedade de assuntos meteorológicos. As cartas Skew-T são incrivelmente úteis para visualizar a estrutura da atmosfera de forma rápida e precisa desde a superfície até aos 100.000 pés, e existem há muito tempo – desde 1947, para ser exacto1.

As cartas Skew-T são mais comummente usadas para traçar parâmetros medidos por radiosondes à medida que se elevam ao longo da atmosfera. Eles traçam apenas três medições: temperatura, ponto de orvalho e velocidade do vento (a velocidade E a direção do vento). Adicionalmente, há 5 linhas em um Skew-T: isotermas, isobars, adiabats secos, adiabats úmidos, e linhas de razão de mistura de saturação.

Besides simplesmente agindo como um modelo para traçar a temperatura, ponto de orvalho e vento, Skew-Ts são úteis para encontrar facilmente os locais e valores de níveis e parâmetros importantes da atmosfera. CAPE, o LCL, e o LFC são apenas algumas coisas que podem ser facilmente encontradas com um Skew-T.

Deixamos começar nossa jornada aprendendo sobre cada linha em um Skew-T.

Isotherms

Isotherms são linhas de temperatura constante. Eles são o nome da tabela Skew-T porque eles são inclinados 45 graus para a direita. A inclinação dos Ts pode parecer um pouco sem sentido, mas uma inclinação-T permite-nos facilmente calcular níveis atmosféricos importantes e parâmetros como o Nível de Condensação de Elevação (LCL), Nível de Convecção Livre (LFC), Nível de Equilíbrio e CAPE. Um Stüve é como um Skew-T, mas sem as linhas de temperatura inclinadas. Não é tão útil para a maioria das aplicações meteorológicas porque os adiabats nele não são curvos, significando que não podemos calcular com precisão as coisas listadas acima.

Isobars

Isobars são definidos como “linhas de pressão constante”. Em um gráfico Skew-T, a pressão, NÃO a altura, é traçada no eixo y, portanto os isobares são simplesmente paralelos ao eixo x. Como a pressão diminui mais lentamente com a altura, quanto mais alto você for, a pressão é plotada de forma logarítmica nos gráficos Skew-T. Por esta razão, os gráficos Skew-T também são normalmente chamados de gráficos Skew-T/Log-P. Se não plotássemos pressão em logaritmos, os gráficos de Skew-T seriam tão altos quanto os balões meteorológicos que eles plotam viajaram – aproximadamente 100.000 pés de altura!

Dry Adiabats

Processos Adiabáticos são processos em que nenhum calor é trocado com o sistema externo (no nosso caso, a atmosfera), e adiabats secos mostram o quanto uma parcela insaturada arrefece quando levantada através da atmosfera. Você provavelmente está pensando “como um pacote pode esfriar e manter o mesmo conteúdo de calor”? Bem, tenha em mente que à medida que uma parcela de ar sobe, ela se expande devido à atmosfera ao redor exercendo menos pressão sobre ela, de modo que o conteúdo total de calor permanece o mesmo.

Processos diagnósticos são uma consequência da Primeira Lei da Termodinâmica, que afirma que o calor adicionado a uma certa massa de um gás é igual à sua mudança na energia interna + o trabalho feito pelo gás sobre o ambiente. Fazendo algumas manobras matemáticas e aplicando a lei do gás ideal, descobrimos que a primeira lei afirma que as mudanças de temperatura estão positivamente correlacionadas com as mudanças de pressão. Discutirei isso e muito mais em um tutorial no futuro, mas o importante é saber que quando um pacote aéreo insaturado sobe e QUALQUER pacote aéreo afunda, ele vai viajar paralelamente a esses adiabats.

Estes adiabats seguem a “Dry Adiabatic Lapse Rate”, que é aproximadamente 10 graus Celsius por quilômetro.

Moist Adiabats

Quando o ar saturado sobe, segue a “saturação” ou “adiabats úmidos”. Quando o ar atinge a saturação, o vapor de água gasosa se condensa em gotículas de água líquida, e esta mudança de fase libera “calor latente” para a atmosfera. Por causa disso, a taxa de lapso adiabático úmido é SEMPRE menor que a taxa de lapso adiabático seco, mas como você pode ver acima, adiabats úmidos NÃO são paralelos e variam bastante com a temperatura E a altitude.

A coisa mais importante a lembrar sobre adiabats úmidos é que uma parcela de ar saturado SOMENTE os seguirá se estiver subindo. Se a parcela estiver a afundando, ela estará aquecendo longe da saturação e seguirá os adiabats secos.

Linhas de mistura de saturação

A razão de mistura de saturação é a razão, em gramas de vapor de água por quilograma de ar, que uma parcela de ar deve ter a uma determinada pressão e temperatura para ser considerada “saturada”. Uma vez saturada uma parcela de ar, ela geralmente não pode conter mais vapor de água.

Agora que você conhece as linhas – vamos descobrir como podemos usá-las para calcular alguns níveis particularmente importantes da atmosfera. Vamos aprender como calcular o nível de condensação de elevação (LCL), o nível de condensação convectiva (CCL), o nível de convecção livre (LFC) e o nível de equilíbrio (EL), assim como a energia potencial disponível convectiva (CAPE) e a inibição convectiva (CIN).

Nível de condensação elevadora (LCL)

O LCL é o nível de pressão que uma parcela de ar precisaria ser elevada (seca adiabáticamente) para ficar saturada. Para encontrar o LCL, siga um adiabato seco da temperatura ambiente da sua superfície e uma linha de mistura de saturação da temperatura do ponto de orvalho da sua superfície. A intersecção destas marcas marca a localização do LCL. O LCL é importante porque marca o local onde a parcela de ar pára de subir à taxa de tempo de saturação adiabática seca e muda para a taxa de tempo de saturação adiabática húmida.

Nível de Condensação Convectiva (CCL)

Um nível intimamente relacionado é o Nível de Condensação Convectiva, ou CCL. O CCL é o nível de pressão que uma parcela, se aquecida à “temperatura convectiva”, subiria livremente e formaria uma nuvem de cúmulo. A temperatura convectiva é a temperatura que a superfície deve atingir para que o ar possa subir livremente, e o CCL está na intersecção da temperatura ambiente (NÃO um adiabato seco da superfície… que é o LCL) e a linha de mistura de saturação da temperatura do ponto de orvalho da superfície.

Notas: O LCL e o CCL são úteis para determinar a altura das bases das nuvens. Para as nuvens não-convencionais que são forçadas a subir, a LCL é uma boa aproximação. Por outro lado, o CCL é uma melhor estimativa para nuvens formadas por convecção, como as nuvens de cúmulo. Na realidade, as bases das nuvens estão geralmente algures entre o LCL e o CCL.

A razão pela qual as trovoadas no deserto têm frequentemente bases altas é porque os pontos de orvalho da superfície são baixos lá, fazendo com que o LCL e o CCL fiquem altos na atmosfera. Inversamente, trovoadas em locais úmidos geralmente têm bases mais baixas porque o LCL é mais baixo.

Nível de Convecção Livre (LFC)

O LFC é o nível de pressão que uma parcela de ar teria que ser elevada para que sua temperatura seja igual à temperatura ambiente. Ele é encontrado tomando o adiabato úmido do LCL até que ele intercepte a temperatura ambiente. Depois disto, a parcela de ar é mais quente que o seu ambiente e pode subir livremente (daí o nome – nível de convecção livre).

Existem algumas situações isoladas onde esta abordagem não funciona – por exemplo, se a superfície atingiu a “temperatura convectiva” mencionada acima, o LFC está à superfície. Mas para a grande maioria das situações, este método funciona lindamente.

Nem todas as sondagens têm um LFC. Se o adiabat úmido nunca intersecta a temperatura ambiente porque a atmosfera é relativamente estável e não apresenta uma diminuição acentuada da temperatura com a altura, não há LFC. Além disso, muitos lugares que têm um LFC durante o dia podem não ter um à noite, quando a superfície é mais fria e a atmosfera é mais estável.

Nível de Equilíbrio (EL)

O nível de equilíbrio só existe se houver um LFC, e é definido como o nível em que o adiabat úmido que denota o caminho da parcela recruta a temperatura ambiente. No EL, a parcela do ar é a mesma temperatura do seu ambiente, e acima dela, é mais fria e mais densa. O EL pode ser encontrado olhando para as “bigornas” nas trovoadas, pois estas marcam o local onde uma parcela de ar ascendente não está mais positivamente flutuante. O “topo em excesso” de uma trovoada excede o nível de equilíbrio, mas isto é apenas porque o momento da força ascendente da tempestade está permitindo que ela atinja uma altitude maior, NÃO porque o ar acima do nível de equilíbrio é positivamente flutuante.

Energia Potencial Disponível Convectiva (CAPE) e Inibição Convectiva (CIN)

CAPE é a área delimitada pela temperatura ambiente e a temperatura de uma parcela à medida que ela se eleva ao longo da taxa de lapso adiabático úmido. Por definição, o limite inferior do CAPE é o LFC, e o limite superior é o EL. Como o CAPE mede o quão flutuante uma parcela aérea é em relação ao seu ambiente, ele pode ser usado para estimar a força máxima de uma tempestade, e por associação, quão severa uma tempestade pode se tornar. Se você quer tempestades grandes, você precisa de CAPE grande. Período.

CIN é a antítese do CAPE: enquanto o CAPE mede a flutuabilidade positiva e a força de convecção possível, o CIN mede a flutuabilidade negativa e a resistência à convecção. O CIN é limitado pela temperatura ambiente à direita e pela temperatura da parcela crescente à direita, e é medido desde o LFC até onde a temperatura ambiente e a temperatura da parcela são as mesmas, que é quase sempre a superfície. Nesta área, a temperatura da parcela é inferior à do meio ambiente, tornando a parcela mais densa e causando o seu afundamento na ausência de qualquer forçamento externo. O CIN geralmente atinge picos durante a madrugada e diminui durante o dia à medida que o sol aquece a superfície.

CIN é na verdade um ingrediente necessário para tempestades severas, pois permite que o CAPE atinja níveis tremendos, impedindo a convecção e a mistura da atmosfera durante as horas da manhã. Quando o aquecimento da superfície finalmente corrói o CIN, os valores de CAPE cresceram astronomicamente e qualquer desenvolvimento de tempestades é explosivo, levando a poderosas supercélulas com grande granizo, ventos prejudiciais e tornados.

Aqui está um clássico som de tempo severo de Oklahoma City que foi tomado 3 horas antes do devastador tornado 2013 Moore, OK EF-5. Veja se consegue encontrar o LCL, CCL, LFC, EL, CAPE e CIN neste som!

Poisas para ler, espero que tenham aprendido alguma coisa!

Escrito por Charlie Phillips – charlie.weathertogether.net. Última actualização 5/17/2017

1. Serviço Meteorológico Nacional (n.d.). Diagramas Skew-T Log-P. Recuperado em 10 de maio de 2017, de http://www.srh.noaa.gov/jetstream/upperair/skewt.html
2. University Corporation for Atmospheric Research (n.d.). Domínio do Skew-T. Recuperado em 17 de maio de 2017, de http://www.meted.ucar.edu/mesoprim/skewt/
3. Ladd, R. (2014, 25 de abril). O básico de uma sondagem meteorológica severa. Recuperado em 17 de maio de 2017, de http://wx4cast.blogspot.com/2014/04/the-basics-of-severe-weather-sounding.html