Este capítulo centra-se na temperatura do ar – isto é, a temperatura do ar observada a 1,2 m acima da superfície do solo. A temperatura do ar condiciona muitos aspectos da vida humana, desde as roupas que usamos até os custos de combustível que pagamos. A temperatura do ar e os ciclos de temperatura do ar também atuam para selecionar as plantas e os animais que compõem a paisagem biológica de uma região. E a temperatura do ar, juntamente com a precipitação, é um determinante-chave do clima, que iremos explorar com mais profundidade no Capítulo 7.

Cinco factores importantes influenciam a temperatura do ar:

1. Latitude. Os ciclos diários e anuais de insolação variam sistematicamente com a latitude, fazendo com que a temperatura do ar e os ciclos de temperatura do ar também variem. A insolação anual diminui em direção aos pólos, portanto há menos energia disponível para aquecer o ar. Mas como o ciclo sazonal de insolação se torna mais forte com a latitude, as altas latitudes sofrem uma variação muito maior na temperatura do ar ao longo do ano.
2. Tipo de superfície. As temperaturas do ar urbano são geralmente mais elevadas do que as temperaturas rurais. Os materiais de superfície das cidades – sal, telhas, pedra, tijolo – retêm pouca água, em comparação com as superfícies húmidas do solo das zonas rurais e das florestas, por isso há pouco arrefecimento através da evaporação. Os materiais urbanos também são mais escuros e absorvem uma porção maior da energia do Sol do que as superfícies cobertas de vegetação. O mesmo é válido para áreas de superfícies de solo árido ou rochoso, como as de desertos.
3. Localização costeira ou interior. As localizações próximas ao oceano apresentam uma gama mais estreita de temperaturas do ar do que as localizações em interiores continentais. Como a água aquece e arrefece mais lentamente do que a terra, as temperaturas do ar sobre a água são menos extremas do que as temperaturas sobre a terra. Quando o ar flui da água para terra, uma localização costeira sentirá a influência da água adjacente.
4. Elevação. A temperatura diminui com a elevação. Em elevações altas, há menos atmosfera acima da superfície, e os gases de efeito estufa fornecem um cobertor isolante menos eficaz. Mais calor superficial é perdido para o espaço. Em picos altos, a neve se acumula e permanece por mais tempo. O reduzido efeito estufa também resulta em maior variação diária da temperatura.
5. Circulação atmosférica e oceânica. As temperaturas locais podem subir ou descer rapidamente quando o ar de uma região é trazido para outra. As temperaturas das regiões costeiras podem ser influenciadas por correntes costeiras quentes ou frias. (Vamos investigar este factor mais detalhadamente no Capítulo 5.)

Temperatura da superfície

Temperatura é um conceito familiar. É uma medida do nível de energia cinética dos átomos de uma substância, seja ela um gás, líquida ou sólida. Quando uma substância recebe um fluxo de energia radiante, como a luz solar, a sua temperatura aumenta. Da mesma forma, se uma substância perde energia, a sua temperatura cai. Este fluxo de energia entra e sai de uma substância sólida ou líquida na sua superfície – por exemplo, a camada superficial muito fina do solo que realmente absorve a radiação solar de onda curta e irradia a radiação de onda longa para o espaço.

A temperatura de uma superfície é determinada pelo equilíbrio entre os vários fluxos de energia que se movem através dela. A radiação líquida – o equilíbrio entre a radiação de onda curta que entra e a radiação de onda longa que sai – produz um fluxo de energia radiante que pode aquecer ou resfriar uma superfície. Durante o dia, a radiação solar de entrada normalmente excede a radiação de onda longa de saída, portanto o balanço da radiação líquida é positivo e a superfície aquece. A energia flui através da superfície para o solo mais frio abaixo. À noite, a radiação líquida é negativa, e o solo perde energia à medida que a temperatura da superfície cai e a superfície irradia energia de ondas longas para o espaço.

A energia também pode mover-se para ou de uma superfície de outras formas. A condução descreve o fluxo de calor sensível de uma substância mais quente para uma mais fria através do contacto directo. Quando o calor flui para o solo a partir de sua superfície quente durante o dia, ele flui por condução. À noite, o calor é conduzido de volta para a superfície mais fria do solo. A transferência de calor latente também é importante. Quando a água evapora em uma superfície, ela remove o calor armazenado na mudança de estado de líquido para vapor, resfriando assim a superfície. Quando a água condensa em uma superfície, o calor latente é liberado, aquecendo a superfície.

Uma outra forma de transferência de energia é a convecção, na qual o calor é distribuído em um fluido através da mistura. Se a superfície estiver em contato com um fluido, como uma superfície do solo com ar acima, correntes ascendentes e descendentes podem agir para aquecer ou resfriar a superfície.

Temperatura do ar

Em contraste com a temperatura da superfície é a temperatura do ar, que é medida a uma altura padrão de 1,2 m (4,0 pés) acima da superfície do solo. A temperatura do ar pode ser bastante diferente da temperatura da superfície. Quando você caminha por um estacionamento em um dia claro de verão, você vai notar que o pavimento é muito mais quente do que o ar contra a parte superior do seu corpo. Em geral, as temperaturas do ar acima de uma superfície reflectem as mesmas tendências que as temperaturas da superfície do solo, mas é provável que as temperaturas do solo sejam mais extremas.

Nos Estados Unidos, a temperatura ainda é amplamente medida e reportada utilizando a escala Fahrenheit. Neste livro, usamos a escala Celsius de temperatura, que é o padrão internacional. Na escala Celsius, o ponto de congelamento da água é 0°C e o ponto de ebulição é 100°C. As fórmulas de conversão entre estas duas escalas são dadas na Figura 3.4.

As medições da temperatura do ar são feitas rotineiramente nas estações meteorológicas. Embora algumas estações meteorológicas reportem temperaturas por hora, a maioria reporta apenas as temperaturas mais altas e mais baixas registradas durante um período de 24 horas. Estes são os valores mais importantes na observação das tendências de longo prazo da temperatura.

Medições de temperatura são relatadas a agências governamentais encarregadas da previsão do tempo, tais como o Serviço Meteorológico dos EUA ou o Serviço Meteorológico do Canadá. Essas agências normalmente disponibilizam estatísticas de temperatura diárias, mensais e anuais para cada estação usando a temperatura máxima, mínima e média diária. A temperatura média diária é definida como a média dos valores máximo e mínimo diários. A temperatura média mensal é a média das temperaturas médias diárias em um mês. Estas estatísticas, juntamente com outras como precipitação diária, são usadas para descrever o clima da estação e sua área circundante.

TEMPERATURAS FECHADAS À TERRA

Temperaturas do solo, superfície e ar dentro de poucos metros da mudança do solo ao longo do dia (Figura 3.6). A variação diária de temperatura é maior logo acima da superfície. A temperatura do ar à altura padrão é muito menos variável. No solo, o ciclo diário torna-se gradualmente menos pronunciado com a profundidade, até chegarmos a um ponto em que as variações diárias de temperatura na superfície não causam qualquer alteração.

CONTRATOS AMBIENTAIS: TEMPERATURAS URBANAS E RURAIS

Num dia quente, os ambientes rurais sentir-se-ão mais frescos do que os ambientes urbanos. Nas zonas rurais, a água é absorvida pelas raízes das plantas e move-se para as folhas num processo chamado transpiração. Esta água evapora, arrefecendo as superfícies das folhas, que por sua vez arrefecem o ar nas proximidades. As superfícies do solo são úmidas porque a água infiltra-se no solo durante as chuvas. Ela é puxada para cima e evapora quando a luz solar aquece a superfície, produzindo novamente arrefecimento. Referimo-nos aos efeitos combinados da transpiração e evaporação como evapotranspiração.

Existem outras razões pelas quais as superfícies urbanas são mais quentes do que as rurais. Muitas superfícies urbanas são escuras e absorvem mais do que refletem a energia solar. Na verdade, a pavimentação asfáltica absorve mais do dobro da energia solar do que a vegetação. A chuva escorre dos telhados, das calçadas e das ruas para os sistemas de esgotos pluviais. Como as superfícies da cidade são secas, há pouca evaporação para ajudar a baixar as temperaturas. Outro fator importante é o desperdício de calor. No verão, a temperatura do ar da cidade é elevada pelo ar condicionado, que bombeia o calor dos edifícios e o libera para o ar.

No inverno, o calor dos edifícios e estruturas é conduzido diretamente para o ambiente urbano.

A ILHA URBANA DE AQUECIMENTO

Como resultado destes efeitos, as temperaturas do ar na região central de uma cidade são tipicamente vários graus mais quentes do que as dos subúrbios e campos vizinhos, como mostrado na Figura 3.8. O esboço de um perfil de temperatura em uma área urbana no final da tarde mostra este efeito. Nós chamamos a área central de ilha de calor urbana, porque tem uma temperatura significativamente elevada. Uma quantidade tão grande de calor é armazenada no solo durante o dia que a ilha de calor também permanece mais quente do que o seu entorno durante a noite. A imagem do infravermelho térmico do distrito comercial central de Atlanta à noite demonstra o efeito ilha de calor.

O efeito ilha de calor urbano tem importantes consequências económicas. Temperaturas mais altas exigem mais ar condicionado e mais energia elétrica no verão. O combustível fóssil queimado para gerar essa energia contribui com CO2 e poluentes do ar. O aumento das temperaturas pode levar à formação de smog, que é insalubre e prejudicial para os materiais. Para reduzir estes efeitos, muitas cidades estão plantando mais vegetação e usando superfícies mais refletoras, como concreto ou materiais de telhado brilhante, para refletir a energia solar de volta ao espaço.

O efeito ilha de calor não se aplica necessariamente às cidades em climas desérticos. No deserto, a evapotranspiração da vegetação irrigada da cidade pode realmente manter a cidade mais fria do que a região árida circundante.

AMBIENTE ALTO-MOUNTAINOS

Vimos que a superfície do solo afeta a temperatura do ar diretamente acima dele. Mas o que acontece quando se viaja para elevações mais altas? Por exemplo, ao subir uma montanha mais alta, você pode ficar com falta de ar e pode notar que queimaduras solares mais facilmente. Você também sente a queda de temperatura, ao subir. Se você acampar, verá que a temperatura noturna fica mais baixa do que você poderia esperar, mesmo considerando que as temperaturas geralmente são mais frias quanto mais você sobe.

O que causa esses efeitos? Em elevações altas há significativamente menos ar acima de você, então a pressão do ar é baixa. Torna-se mais difícil recuperar o fôlego simplesmente por causa da pressão reduzida do oxigénio nos pulmões. E com menos moléculas para dispersar e absorver a luz do Sol, os raios do Sol vão sentir-se mais fortes. Há menos dióxido de carbono e vapor de água, e assim o efeito estufa é reduzido. Com menos aquecimento, as temperaturas tenderão a descer ainda mais à noite. Mais adiante neste capítulo, veremos como este padrão de diminuição da temperatura do ar se estende até a atmosfera.

Figure 3.10 mostra gráficos de temperatura para cinco estações em diferentes alturas na Cordilheira dos Andes, no Peru. As temperaturas médias diminuem claramente com a elevação, de 16°C (61°F) ao nível do mar para ?1°C (30°F) a 4380 m (14.370 pés). A variação entre as temperaturas máximas e mínimas também aumenta com a elevação, exceto para Qosqo. As temperaturas nesta grande cidade não descem tão baixo quanto se poderia esperar devido à sua ilha de calor urbana.

INVERSÃO DE TEMPERATURA

Até agora, as temperaturas do ar parecem diminuir com a altura. Mas isto é sempre verdade? Pense no que acontece em uma noite clara e calma. A superfície do solo irradia energia de ondas longas para o céu, e a radiação da rede torna-se negativa. A superfície arrefece. Isto significa que o ar perto da superfície também arrefece, como vimos na Figura 3.6. Se a superfície permanecer fria, uma camada de ar mais frio acima do solo se acumulará sob uma camada de ar mais quente, como mostrado na Figura 3.11. Esta é uma inversão de temperatura.

Em uma inversão de temperatura, a temperatura do ar perto do solo pode cair abaixo do ponto de congelamento. A esta condição de temperatura chama-se uma geada mortal – embora a geada real possa não se formar – devido ao seu efeito sobre as plantas sensíveis durante a estação de crescimento.

Cultivadores de árvores fruteiras ou outras culturas utilizam vários métodos para quebrar uma inversão. Grandes ventiladores podem ser usados para misturar o ar frio na superfície com o ar mais quente acima, e aquecedores que queimam óleo são às vezes usados para aquecer a camada de ar superficial.

INDEXES DE TEMPERATURA

Temperatura também pode ser usada com outros dados climáticos e meteorológicos para produzir índices de temperatura – indicadores do impacto da temperatura sobre as condições ambientais e humanas. Dois dos índices mais familiares são o índice de resfriamento pelo vento e o índice de calor.

O índice de resfriamento pelo vento é usado para determinar como as temperaturas frias nos afetam, com base não só na temperatura real, mas também na velocidade do vento. O ar é na verdade um isolante muito bom, portanto, quando o ar está parado, a temperatura da nossa pele pode ser muito diferente da temperatura do ambiente ao nosso redor. No entanto, à medida que o ar se move através da nossa pele, remove o calor sensível e latente e transporta-o para longe do nosso corpo. Durante o Verão, este processo mantém-nos frescos à medida que o suor se evapora, baixando a temperatura da nossa pele. Durante o inverno, ele remove o calor necessário para manter nosso corpo quente, resfriando assim nossa pele e fazendo com que as condições sejam muito mais frias do que a temperatura real medida.

O índice de resfriamento pelo vento, que é usado nos Estados Unidos e medido em °F, pode ser muito diferente da temperatura real (Figura 3.12). Por exemplo, uma temperatura real de 30°F (?1°C) e uma velocidade do vento de 30 mi/hr (13,45 m/s) produzem um resfriamento pelo vento de 15°F (?26°C).

O índice de calor dá uma indicação de quão quente nos sentimos com base na temperatura real e na umidade relativa. A humidade relativa é a humidade dada na maioria dos boletins meteorológicos e indica a quantidade de vapor de água na atmosfera como uma percentagem da quantidade máxima possível. A umidade relativa baixa indica condições atmosféricas relativamente secas, enquanto a umidade relativa alta indica condições atmosféricas relativamente úmidas.

Por que a umidade relativa influencia quão quente a temperatura é? Uma das formas como o nosso corpo remove o excesso de calor é através da evaporação do suor da nossa pele. Esta evaporação remove o calor latente, que arrefece o nosso corpo. Entretanto, quando a umidade relativa é alta, menos evaporação ocorre porque a atmosfera ao redor já está relativamente úmida, e o efeito de resfriamento é reduzido.

O índice de calor é dado em °F, e, como o frio do vento, pode ser muito diferente da temperatura real (Figura 3.13). Por exemplo, se a temperatura real for 32°C (90°F) e a humidade relativa for de 90 por cento, o índice de calor indica que a temperatura se sentirá como 50°C (122°F) – uma diferença de 18°C (32°F)!