M3 Convecção e Sistemas Convectivos

Tópico

A convecção atmosférica é o mecanismo pelo qual o ar quente e úmido sobe em intensas correntes verticais, liberando calor latente à medida que ascende. Esse calor alimenta o crescimento de nuvens cúmulos e, quando esse crescimento continua, de nuvens cumulonimbus. É precisamente essa liberação de calor latente que mantém o ar ascendente mais quente do que o ar circundante, fazendo com que ele continue acelerando para cima em vez de desacelerar.

A convecção atmosférica nem sempre ocorre na mesma escala: varia de nuvens cúmulos individuais, que medem entre um e cinco quilômetros de diâmetro e duram apenas de meia hora a uma hora, a sistemas convectivos de mesoescala, que se estendem por mais de cem quilômetros e podem permanecer ativos por mais de seis horas. O tamanho e a duração de um episódio de convecção atmosférica dependem de duas condições do ambiente circundante, e é essa dependência que faz com que a escala da convecção varie tanto de um episódio para outro.

Essas duas condições ambientais são a energia convectiva disponível e o cisalhamento do vento, e elas determinam a forma que a convecção atmosférica assume. Quando a energia convectiva disponível é alta, mas o cisalhamento do vento é baixo, o resultado é uma convecção unicelular, isolada e de curta duração; quando, por outro lado, o cisalhamento do vento também é alto, essa mesma energia convectiva disponível se organiza em estruturas muito mais duradouras, como a supercélula ou o sistema convectivo de mesoescala. Assim, é o cisalhamento do vento que faz com que a energia disponível se coalesça em uma tempestade organizada, em vez de se dissipar em uma célula isolada.

A célula básica de toda essa convecção atmosférica é a nuvem cumulonimbus: dentro dela, a corrente ascendente, a corrente para cima que sustenta a nuvem, é alimentada pelo ar rico em energia convectiva disponível que ocupa a troposfera inferior e atinge velocidades entre cinco e cinquenta metros por segundo. Ao lado dessa corrente ascendente aparece a corrente descendente, que é gerada pela evaporação da chuva que cai dentro da própria nuvem. Essa evaporação resfria o ar circundante, tornando-o mais denso do que o ar ao redor e fazendo com que ele desça com força em direção ao solo.

Em supercélulas, essa mesma corrente ascendente desempenha uma função adicional: ela inclina a vorticidade horizontal existente no ar circundante em direção à vertical. Essa inclinação — conhecida como mecanismo de Rotunno-Klemp — faz com que a própria corrente ascendente comece a girar, dando origem ao mesociclone que caracteriza a supercélula. A organização de um sistema convectivo de mesoescala, no entanto, não depende da rotação da corrente ascendente, mas sim de um cisalhamento do vento suficiente para separar espacialmente a corrente ascendente da corrente descendente. Isso permite que ambas coexistam sem que uma interrompa a outra, possibilitando que o sistema permaneça ativo por muitas horas. Quando esses sistemas convectivos precisam ser representados em modelos numéricos de baixa resolução que não conseguem resolvê-los explicitamente, são utilizados esquemas de ajuste que eliminam a energia convectiva disponível durante um período de ajuste convectivo de uma a duas horas, substituindo assim o próprio processo de convecção atmosférica por uma aproximação estatística de seu efeito.

O comportamento resultante varia dependendo da forma que a convecção atmosférica assume: uma nuvem cúmulo comum se forma, amadurece e se dissipa em apenas meia hora a uma hora; uma nuvem multicelular é sustentada por células sucessivas que se renovam a cada quinze a vinte minutos; uma supercélula mantém sua rotação persistentemente durante toda a tempestade; e um sistema convectivo de mesoescala pode se propagar durante a noite, impulsionado por sua própria bolsa de ar frio — o ar denso e frio que suas correntes descendentes acumulam perto do solo — fazendo com que a tempestade se desloque para longe de sua origem. Assim, desde o aglomerado individual mais simples até o sistema convectivo de mesoescala mais extenso, toda essa hierarquia de convecção atmosférica responde ao mesmo equilíbrio entre a energia convectiva disponível que a impulsiona e o cisalhamento do vento que determina sua organização.

ID:4985