D2 Perfis Verticais In Situ

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As sondagens verticais in situ são o método padrão para obter a estrutura termodinâmica e dinâmica da troposfera e da baixa estratosfera — ou seja, como a temperatura, a umidade, a pressão e o vento variam com a altitude. O instrumento padrão para sondagens verticais in situ é a radiossonda: um pequeno transmissor transportado por um balão de hélio a uma velocidade de aproximadamente cinco metros por segundo. À medida que a radiossonda ascende, ela mede a temperatura, a umidade relativa, a pressão e a velocidade do vento em cada altitude atingida, rastreando com precisão a posição do balão. A radiossonda continua a ascender com o balão de hélio até altitudes entre 20 e 35 quilômetros, onde o balão eventualmente se rompe e a radiossonda para de transmitir.

Essas radiossondas não são lançadas isoladamente, mas como parte de uma rede internacional que coordena o lançamento de aproximadamente 1.200 sondas duas vezes ao dia, sempre no mesmo horário em todo o mundo — meia-noite e meio-dia, de acordo com o mesmo horário universal de referência — para que as medições atmosféricas feitas em diferentes países possam ser comparadas como se fossem simultâneas.

Cada uma das variáveis ​​medidas pela radiossonda tem sua própria margem de erro: a temperatura é medida com uma precisão entre dois e cinco décimos de grau, a umidade relativa com uma precisão entre cinco e dez pontos percentuais, a pressão com uma precisão entre meia unidade e uma unidade de pressão atmosférica e o vento com uma precisão entre cinco décimos e um metro por segundo. Quanto maior essa precisão, mais confiável será a estrutura vertical que a radiossonda revelar.

O perfil de temperatura gerado pela radiossonda durante sua ascensão permite aos cientistas calcular, com base na variação dessa temperatura com a altitude, a camada de mistura próxima à superfície, a estabilidade atmosférica em cada nível, os níveis em que o ar se condensa e a energia convectiva disponível, juntamente com a inibição convectiva que essa energia deve superar para ser liberada. O perfil de vento gerado pela mesma radiossonda, por sua vez, permite aos cientistas calcular o cisalhamento do vento entre diferentes níveis, o vento térmico resultante das variações horizontais de temperatura e o tempo disponível para o desenvolvimento de tempestades.

O mesmo princípio da radiossonda — um pequeno instrumento que ascende ou desce pela atmosfera medindo suas propriedades — é adaptado a instrumentos mais especializados. As sondas de ozônio substituem os sensores padrão por um sensor que mede o perfil vertical de ozônio por meio de uma reação química ativada eletricamente pela passagem do ar. As dropsondes, por outro lado, invertem o processo de sondagem: são radiossondas lançadas de uma aeronave em voo que descem de paraquedas em vez de ascenderem em um balão. Essa capacidade de traçar o perfil da atmosfera de cima a baixo em questão de minutos torna-os especialmente úteis para o mapeamento de ciclones tropicais, onde esperar que um balão suba do nível do mar seria impraticável.

Nenhuma sondagem, por mais precisa que seja, descreve toda a atmosfera por si só, porque as radiossondas e suas variantes são lançadas apenas de locais fixos e em horários fixos. Portanto, a reconstrução completa do estado atmosférico combina os dados da radiossonda com o estado calculado naquele mesmo momento por um modelo de previsão numérica, usando um método de assimilação de dados: o perfil observado pela radiossonda corrige o modelo de previsão numérica onde eles divergem, e o modelo de previsão numérica, por sua vez, preenche as lacunas entre os pontos onde uma sondagem realmente ocorreu com sua própria estrutura, produzindo, entre os dois, uma análise ideal do estado real da atmosfera.

O resultado de todo esse processo — desde a ascensão da radiossonda até a análise otimizada produzida pela assimilação de dados — é a estrutura troposférica que as sondagens verticais in situ revelam: camadas com estabilidade variável, inversões térmicas onde a temperatura aumenta em vez de diminuir com a altitude, nuvens e zonas de umidade relativa que, em conjunto, descrevem como a atmosfera está organizada naquele momento e lugar. Assim, as sondagens verticais in situ permanecem o padrão ouro para a obtenção e validação da estrutura termodinâmica e dinâmica da troposfera e da baixa estratosfera, com a qual esta descrição se inicia.

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