5.7a DETERMINAÇÃO DA ESTABILIDADE
Foi ressaltado que se o ar sobe ele se resfriará e eventualmente produzirá nuvens. Por que o ar sobe em algumas ocasiões mas não em outras? Por que o tamanho das nuvens e a quantidade de precipitação variam tanto? As respostas estão relacionadas à estabilidade do ar. O ar estável resiste a deslocamentos verticais.
Uma parcela de ar sofre forças de flutuação (empuxo) que a fazem deslocar-se verticalmente quando surgem diferenças de densidade entre a parcela e o ar ambiente. Se o ar da parcela for mais quente (e portanto, menos denso) que o ar ambiente, ela tende a subir. Se o ar da parcela for mais frio (mais denso) que o ar ambiente ela tende a descer.
A estabilidade atmosférica é determinada comparando-se a variação de temperatura de uma parcela de ar ascendente ou descendente com o perfil de temperatura do ar ambiente. Como já vimos, a taxa de resfriamento de uma parcela de ar ascendente depende de estar saturada (taxa adiabática úmida ou saturada) ou não saturada (taxa adiabática seca).
Numa camada de ar estável, uma parcela de ar ascendente torna-se mais fria que o ar ambiente ou uma parcela de ar descendente torna-se mais quente que o ar ambiente. Tanto num caso como no outro a parcela é forçada a retornar à sua altitude original. Numa camada de ar instável uma parcela de ar ascendente torna-se mais quente que o ar ambiente e continua a subir e uma parcela de ar descendente torna-se mais fria que o ar ambiente e continua a descer.
A estabilidade absoluta ocorre quando a taxa de variação da temperatura do ambiente é menor que a taxa adiabática úmida ou saturada (G <Gs). A Fig. 5.10, que representa um exemplo dessa situação, mostra que em 1000 m a temperatura do ar ambiente é 15° C e que a parcela ascendente se resfriou a 10° C, sendo, portanto, mais densa que o ar ambiente. Mesmo que ela fosse "empurrada" acima do nível de condensação por levantamento, ela permaneceria mais fria e densa que o ar ambiente e teria uma tendência a retornar à superfície.
Fig. 5.10 - Situação de estabilidade absoluta
A instabilidade absoluta ocorre quando a taxa de variação de temperatura do ambiente é maior que a taxa adiabática seca (G >Gd). Conforme mostrado pela Fig. 5.11, a parcela de ar ascendente é sempre mais quente que o ar ambiente e continuará a subir devido a sua flutuação.
Fig. 5.11 - Situação de instabilidade absoluta
Embora a instabi-lidade absoluta possa ocorrer em dias muito quentes, esta condição é geralmente confinada aos primeiros quilômetros da atmosfera. Um tipo mais comum de instabilidade atmosférica é a instabilidade condicional. Esta condição ocorre quando ar úmido ambiente tem uma taxa de variação da temperatura entre as taxas adiabáticas seca e úmida. Na Fig. 5.12, que ilustra esta situação, nota-se que a parcela de ar ascendente é mais fria que o ar ambiente nos primeiros 4000 m e portanto é considerada estável. Com a adição de calor latente acima do nível de condensação por levantamento, a parcela eventualmente se torna mais quente que o ar ambiente. Neste caso a parcela continuará a subir sem um forçamento externo a não ser sua flutuação e portanto é considerada instável. A palavra condicional é usada porque a parcela de ar precisa ser mecanicamente forçada para cima, por exemplo por montanhas, antes de se tornar instável e subir devido a sua própria flutuação.
Fig. 5.12 - Situação de instabilidade condicional
O perfil vertical de temperatura - e portanto a estabilidade atmosférica - varia significativamente de estação para estação, de dia para dia e mesmo de hora para hora. Como exemplo, a Fig. 5.13 mostra a mudança do perfil de temperatura entre 6h da manhã e o meio dia, num dia de primavera. Ao nascer do sol o resfriamento radiativo noturno estabilizou o ar próximo à superfície, mas ao meio dia o sol já aqueceu o solo. Condução e convecção transportam calor para a camada sobrejacente e por isso o ar é instabilizado.
Fig. 5.13 - (a) situação ás 6 h da manhã; (b) situação ao meio-dia.
Uma complicação adicional é que a estabilidade pode mudar com a altitude. Por exemplo, na Fig. 5.14 uma camada de ar estável pode estar sobreposta a uma camada de ar instável.
É evidente que a estabilidade atmosférica influencia o tempo, pois afeta o movimento vertical do ar. Ar estável suprime o movimento vertical e ar instável provoca movimento vertical, convecção, resfriamento por expansão e desenvolvimento de nuvens. Além disso, a estabilidade também afeta a taxa de dispersão de poluentes.