CICLO HIDROLÓGICO

Hidrosfera global, composta de vários reservatórios (ou subsistemas)conectados pela transferência d’água nas três fases, desempenha um papelimportante no clima da Terra.

Principais reservatórios: Oceanos

M d l Massas de gelo Continentes Atmosfera

Bi f Biosfera

Ciclo Hidrológico-Transporte global da substância água >conservação dasubstância água.

Principais componentes do ciclo hidrológico : superfície terrestre e atmosfera.p p g p

O componente superficial consiste da saída, entrada e armazenamento dasubstância água nos continentes e oceanossubstância água nos continentes e oceanos.O componente atmosférica compreende o transporte de vapor d’água.

Estas duas componentes são acopladas pela superfície do planeta.

Evaporação: perda de água da superfície → ganho pela atmosfera.Precipitação: ganho de água pela superfície → perda para a atmosfera.

A água promove uma ligação importante entre as várias componentes do clima.

As duas componentes devem ser estudadas no todo → aproximação entre asdisciplinas de hidrologia e meteorologia.

P-E>0 : região equatorial (ITCZ), latitudes médias (frente polar).P-E<0 : regiões subtropicais e polares.P E 0 : regiões subtropicais e polares.

Vapor d’água é transportado dos trópicos para as regiões equatoriais e polaresp g p p p g q p(circulação atmosférica)

Dificuldades: dados sobre os oceanos e estimativa da evaporação.

Equações Hidrológicas Clássicas

Aplicação da continuidade à fase terrestre do ciclo hidrológico :

RR-E-PS 0 )1(0

S→Armazenamento P→PrecipitaçãoE→Evaporação

)(

E EvaporaçãoR0→runoff superficialR→runoff subterrâneo

(para uma bacia hidrográfica)(para uma bacia hidrográfica)__( ) = operador média temporal{ } = operador média espacial

Numa região, para longo intervalo de tempo:

0}{R 0{S}0}{R 0{S}

}{}{}{ 0RPE )2(}{}{}{ 0RPE )(

Balanço do vapor d’água na atmosfera num dado nível de pressão

DS(q)qωdiv(qv)q

(3)DS(q)p

div(qv)t

(3)

armazenamentoq →umidade específica v →vento horizontal→vento vertical

ãω

transporte

p →pressãoS(q) →fonte/sumidouro de qD →difusão molecular/turbulenta nas fronteiras

dtopo

gdy(3)

topo

superfície

Equação do balanço da substância água na atmosfera

EP)Qdiv(Q)w(wt cc )4(

vapor

condensado

vapor

condensado

PEQdiw (5)transporte

PEQdivt

(5)

variações locaislocais

para uma área média:

PE{divQ}tw

(6)

Substituindo (2) → (6):

tw}Q{divSR 0

(ciclo hidrológico atmosférico e superficial)

Transporte horizontal do vapor d’água

]V'[q']*V*q[]V][q[V]q[ )7(

Circulação meridional média (trópicos)

Eddies estacionários de (1) (ciclones e anticiclones semi permanentes)

Transientes (frente polar)

]w'[q']*w*q[]w][q[w]q[ )8(

Transporte vertical do vapor d’água (conecta superfície à atmosfera)

][q]q[]][q[]q[ )( a b c

a -b -c - transporte vertical difuso, convecção cumulus, ...

CONCLUSÃO

Interações dos componentes atmosféricas e superficial do ciclo hidrológico são ç p p gimportantes na manutenção do sistema climático global.

Quebra do balanço secas e enchentes

Radiação Solar circulação da água

Transições de estado da água → redistribuição de parte da energia solar

d fl b i d di lvapor d’água + nuvens reflexão + absorção + emissão das radiações terrestre e solar

COMPONENTE ATMOSFÉRICA DO CICLO HIDROLÓGICO

1) VAPOR D’ÁGUA NA ATMOSFERA)

2) TRANSPORTE DO VAPOR D’ÁGUA

ZONAL MERIDIONAL VETICAL

3) DIVERGÊNCIA DO VAPOR D’ÁGUA

4) RUNOFF ATMOSFÉRICO

Precipitação média diária (mm/dia)Precipitação média diária (mm/dia)

S télit TRMMSatélite TRMM

Precipitação média mensal diária (mm/dia)Precipitação média mensal diária (mm/dia)

S télit TRMMSatélite TRMM

WV METEOSAT-7

15 a 29/03/2006

A >Amazonas ->

Plat

a<-

La

Four Workshop of the International Precipitation Working

CMORPH Precipitação acumulada anual (mm)

2003 20042003 2004

(mm) (mm)

(Pereira et al., 2006)

CMORPH Número de horas de Precipitação

2003 2004003 00

(mm) (mm)

(Pereira et al., 2006)

Ciclo diária das chuvasCiclo diária das chuvas 2003 e 2004

(mm)

(Pereira et al., 2006)

Horário de chuva máximaHorário de chuva máxima2003 e 2004

(mm)

(UTC)

(Pereira et al., 2006)

(c) Zonal-mean cross section of the day-to-day (transient eddy) standard deviation of the relative humidity in % for annual-mean conditions. (d) Zonal-mean cross section of the east-west standard deviation of the annual-mean relative humidity field in %.

Figure 12.10. Global distributions of the vertical-mean meridional (northward) transport of water vapor by all motions (a) and transient eddies (b) in ms-1 g Kg-1 for annual-mean conditions.

Figure 12.12. Meridional profiles of the vertical- and zonal-mean values of the northward transport of water vapor by all motions(a), transient eddies (b), stationary eddies (c), and mean meridional circulations (d) in ms-1 gKg-1 for annual, DJF, and JJA meanconditions.

Figure 12.14. Meridional profiles of the vertical- and zonal-mean values of the vertical transport of water vapor in units of 10-4 gKg-1 mb s-1 or 10-6Kg m-2 s-1 by all motions (a), transient eddies (b), stationary eddies (c), and mean meridional circulations (d) forannual, DJF, and JJA mean conditions. The total curves in (a) and the residual curves in (b) include also the total vertical transport ofwater in the condensed form. Negative values indicate upward transports (from Peixoto and Oort, 1983)

Figure 12.15a,b. Global distributions of the horizontal divergence of the total water vapor transport div Q in units of 0.1 m yr-1 forannual (a), DJF (b) mean conditions. Negative values indicate areas of convergence of moisture or excess of precipitation overevaporation (from Peixoto and Oort, 1983)

Figure 12.15c. Global distributions of the horizontal divergence of the total water vapor transport div Q in units of 0.1 m yr-1 forJJA mean conditions. Negative values indicate areas of convergence of moisture or excess of precipitation over evaporation (fromPeixoto and Oort, 1983)