Tempo (meteorologia)

Na Terra, os fenômenos meteorológicos comuns incluem vento, nuvens, chuva, neve, nevoeiro e tempestades de areia. Entre os eventos comuns também estão desastres naturais como tornados, furacões, tufões e tempestades de gelo. Quase todos os fenômenos meteorológicos familiares ocorrem na troposfera, a parte inferior da atmosfera. Há também fenômenos na estratosfera que podem afetar o tempo na troposfera, mas os mecanismos exatos ainda são pouco compreendidos.

Os fenômenos meteorológicos decorrem principalmente de diferenças de pressão atmosférica, temperatura e umidade entre os lugares. Essas diferenças podem surgir do ângulo de incidência da luz solar, que varia com a latitude. Quanto mais distante dos trópicos, menor esse ângulo e mais fria tende a ser a região, pois a luz solar se distribui por uma superfície maior. O forte contraste de temperatura entre o ar das regiões polares e o ar tropical dá origem às células de circulação atmosférica de grande escala e às correntes de jato. Nas latitudes médias, sistemas meteorológicos como os ciclones extratropicais se formam por instabilidades no escoamento das correntes de jato, em processos de baroclinia. Nos trópicos, as monções e os sistemas organizados de trovoadas se formam por outros processos.

Como o eixo de rotação da Terra é inclinado em relação ao plano orbital, a luz solar incide em ângulos diferentes ao longo do ano. Em junho, o hemisfério norte está inclinado em direção ao Sol. Por isso, em qualquer latitude desse hemisfério, a luz incide mais diretamente do que em dezembro. Esse efeito dá origem às estações do ano. Ao longo de milhares a centenas de milhares de anos, mudanças nos parâmetros orbitais da Terra alteram a quantidade e a distribuição da energia solar recebida pelo planeta, afetando o clima a longo prazo, como ocorre nos ciclos de Milankovitch.

O próprio tempo, por meio da nebulosidade e da precipitação, também pode tornar o aquecimento solar desigual, formando zonas com gradientes de temperatura e umidade, em um processo chamado frontogênese. As áreas mais elevadas costumam ser mais frias que as mais baixas em razão da maior temperatura da superfície e do aquecimento por radiação, que produzem o gradiente térmico vertical. Em certas situações, a temperatura aumenta com a altitude. Esse fenômeno, chamado inversão térmica, pode deixar os topos das montanhas mais quentes que os vales abaixo. As inversões podem formar nevoeiros e frequentemente criam uma barreira que inibe o desenvolvimento de trovoadas. Em escala local, diferenças de temperatura podem surgir porque superfícies como oceanos, florestas, mantos de gelo e objetos construídos pelos seres humanos têm propriedades físicas distintas, como capacidade de refletir a luz, rugosidade e teor de umidade.

As diferenças de temperatura na superfície provocam diferenças de pressão. Uma superfície quente aquece o ar acima dela, fazendo-o se expandir. Sua densidade e a pressão atmosférica na superfície diminuem. O gradiente de pressão horizontal resultante desloca o ar das regiões de maior pressão para as de menor pressão, gerando vento. A rotação da Terra desvia esse fluxo pela ação da força inercial de Coriolis. Os sistemas simples formados dessa maneira podem apresentar comportamentos emergentes e gerar sistemas mais complexos e outros fenômenos meteorológicos. A célula de Hadley é um exemplo de grande escala, enquanto as brisas litorâneas ocorrem em escala menor.

A atmosfera é um sistema caótico. Pequenas alterações em uma de suas partes podem se acumular e se ampliar até causar grandes efeitos no conjunto. Essa instabilidade torna o tempo menos previsível que as marés ou os eclipses. Embora seja difícil prever o tempo com precisão com mais de alguns dias de antecedência, os meteorologistas procuram ampliar esse limite por meio da pesquisa e do aperfeiçoamento dos métodos de previsão. Ainda assim, é teoricamente impossível produzir previsões úteis do tempo de cada dia com mais de cerca de duas semanas de antecedência. Isso impõe um limite à melhoria da capacidade de previsão.

O tempo é acompanhado por medições de temperatura, pressão atmosférica, umidade, precipitação e vento. Em uma estação meteorológica, instrumentos reúnem essas informações no mesmo local.

As observações se estendem aos oceanos e às camadas mais altas da atmosfera. Navios, boias e aeronaves coletam dados, enquanto radiossondas levadas por balões medem pressão, temperatura, umidade e vento durante a subida. Os satélites meteorológicos acompanham a evolução das nuvens e de tempestades sobre grandes áreas. Os radares meteorológicos permitem estimar a quantidade de chuva e acompanhar fenômenos que mudam rapidamente.

Nos mapas meteorológicos, as observações referentes a um mesmo horário permitem localizar centros de alta e baixa pressão, frentes e cavados. A sequência desses mapas permite acompanhar o deslocamento dos sistemas.

Classificação das condições do tempo

As classificações do tempo combinam a cobertura de nuvens, a visibilidade e os fenômenos observados. No Japão, a agência meteorológica distingue quinze categorias para uso nacional. Quatro se referem à nebulosidade, do céu limpo ao encoberto. As demais abrangem névoa seca, tempestade de areia ou poeira, neve levantada pelo vento, nevoeiro, chuvisco, chuva, aguaneve, neve, pequenos grãos de gelo, granizo e trovoada. Na escala de nebulosidade de zero a dez usada nessas observações, o céu limpo corresponde a zero ou um décimo de cobertura. A categoria seguinte compreende de dois a oito décimos. A partir de nove décimos, distingue-se o céu coberto sobretudo por nuvens altas e finas daquele com predomínio de nuvens médias ou baixas.

O tempo é um dos processos fundamentais que transformam a Terra. O intemperismo fragmenta as rochas e o solo em partes menores e, depois, nas substâncias que os compõem. Durante a chuva, as gotas de água absorvem e dissolvem dióxido de carbono do ar ao redor. Isso torna a água da chuva ligeiramente ácida e aumenta sua capacidade de desgastar os materiais. Os sedimentos e as substâncias liberados podem participar de reações químicas que alteram ainda mais a superfície, como ocorre com a chuva ácida. Íons de sódio e cloreto, que formam o sal, são depositados nos mares e oceanos. Com o passar do tempo, a ação de processos geológicos pode transformar os sedimentos em outras rochas e solos. Dessa forma, o tempo participa da erosão da superfície.

Do ponto de vista antropológico, o tempo é algo que todas as pessoas percebem continuamente pelos sentidos, ao menos quando estão ao ar livre. A sociedade e a ciência constroem formas de compreender o que é o tempo, o que o faz mudar e como ele afeta as pessoas em diferentes situações, sobretudo quando há mau tempo. Por isso, o tempo é um assunto frequente nas conversas.

O tempo também afeta as trocas de calor entre o corpo e o ambiente. Temperaturas altas, umidade elevada e pouco vento podem dificultar a perda de calor e aumentar o risco de adoecimento. No frio, o vento acelera a perda de calor pela pele exposta e intensifica a sensação de frio.

Nos Estados Unidos, o Serviço Nacional de Meteorologia publica um relatório anual de mortes, ferimentos e prejuízos, incluindo perdas agrícolas e danos materiais. Os dados são reunidos pelos escritórios do serviço nos 50 estados e nos territórios do país. Em 2019, os tornados causaram 42 mortes e mais de 3 bilhões de dólares em perdas agrícolas e danos materiais.

Efeitos sobre as populações

O tempo interferiu, às vezes diretamente, na história da humanidade. Mudanças climáticas provocaram deslocamentos graduais de populações, como os decorrentes da desertificação do Oriente Médio e da formação de pontes terrestres durante períodos glaciais. Eventos de tempo severo também causaram deslocamentos em menor escala e interferiram diretamente em acontecimentos históricos. Em 1281, os ventos kamikaze impediram a invasão do Japão pela frota mongol de Kublai Khan. As pretensões francesas sobre a Flórida terminaram em 1565, quando um furacão destruiu a frota francesa e permitiu que a Espanha conquistasse o Forte Caroline. O furacão Katrina deslocou mais de um milhão de pessoas da parte central da costa do Golfo para outros lugares dos Estados Unidos, causando a maior diáspora da história do país.

Em julho de 2021, chuvas intensas provocaram enchentes em Limburgo, nos Países Baixos, e em partes da Alemanha e da Bélgica. Em território neerlandês, mais de 2.500 casas e cerca de 600 empresas foram atingidas. As perdas foram estimadas entre 350 e 600 milhões de euros, com danos a imóveis e à infraestrutura, interrupção de atividades e perdas agrícolas.

A Pequena Idade do Gelo provocou perdas de colheitas e fome na Europa. Durante a oscilação de Grindelwald, de 1560 a 1630, o forçamento climático causado por erupções vulcânicas parece ter aumentado a ocorrência de eventos meteorológicos extremos. Houve secas, tempestades e nevascas fora de época, além da expansão da geleira Inferior de Grindelwald, na Suíça. Na década de 1690, a França sofreu sua pior fome desde a Idade Média. Na Finlândia, a fome de 1696 e 1697 matou cerca de um terço da população.

Na mata de cocal de Teresina, a população de besouros varia conforme as condições meteorológicas e as estações do ano. A ocorrência desses insetos depende sobretudo da insolação e da umidade relativa do ar.

A previsão do tempo usa a ciência e a tecnologia para prever o estado da atmosfera em um momento futuro e em determinado lugar. Os seres humanos tentam prever o tempo de maneira informal há milênios e de maneira formal desde pelo menos o século XIX. As previsões são feitas a partir da coleta de dados quantitativos sobre o estado da atmosfera e do conhecimento científico dos processos atmosféricos, usados para calcular como ela evoluirá.

Antes, as previsões dependiam inteiramente de pessoas e se baseavam sobretudo nas mudanças de pressão atmosférica, nas condições meteorológicas e no aspecto do céu. Os modelos de previsão passaram a ser usados para determinar as condições futuras. A participação humana ainda é necessária para escolher o modelo mais adequado a cada previsão. Essa escolha exige reconhecer padrões e teleconexões, além de conhecer o desempenho dos modelos e seus vieses.

A natureza caótica da atmosfera, a enorme capacidade computacional necessária para resolver as equações que a representam, os erros na medição das condições iniciais e o conhecimento incompleto dos processos atmosféricos fazem a precisão diminuir à medida que aumenta o intervalo entre o momento presente e aquele para o qual se faz a previsão, chamado de prazo da previsão. O uso de conjuntos de previsões e da concordância entre modelos ajuda a reduzir os erros e a escolher o resultado mais provável.

As previsões do tempo atendem a diferentes necessidades. Os alertas meteorológicos são usados para proteger vidas e bens. As previsões de temperatura e precipitação orientam a agricultura e, por consequência, os negociantes de produtos agrícolas nas bolsas de valores. As empresas de serviços públicos usam previsões de temperatura para estimar a demanda dos dias seguintes.

Em algumas regiões, as pessoas consultam a previsão do tempo para escolher o que vestir. Chuvas fortes, neve e o resfriamento causado pelo vento limitam muito as atividades ao ar livre. As previsões permitem planejar essas atividades levando em conta tais condições e se preparar para enfrentá-las.

A previsão do tempo nos trópicos difere daquela feita para latitudes mais altas. Em média, ao longo do ano, a luz solar incide mais diretamente nos trópicos, deixando-os mais quentes. Na linha do Equador, a direção vertical, para cima a partir da superfície, é perpendicular ao eixo de rotação da Terra. Nos polos, a vertical e o eixo de rotação têm a mesma direção. Por isso, a rotação terrestre afeta a circulação atmosférica com mais intensidade nas latitudes altas. Esses dois fatores permitem que nuvens e tempestades de chuva se formem de modo mais espontâneo nos trópicos. Nas latitudes mais altas, sua formação depende mais de forças atmosféricas de grande escala. Isso torna as nuvens e a chuva mais difíceis de prever nos trópicos. A temperatura, porém, é mais fácil de prever nessas regiões porque varia pouco.

A tentativa de controlar o tempo vai dos antigos rituais para trazer chuva às plantações à Operação Popeye, realizada pelas forças armadas dos Estados Unidos para interromper linhas de abastecimento ao prolongar a monção no Vietnã do Norte. As tentativas mais bem-sucedidas envolvem a semeadura de nuvens. Entre elas estão as técnicas usadas em grandes aeroportos para dispersar nevoeiros e nuvens stratus baixas, os métodos para aumentar a precipitação de inverno sobre montanhas e as técnicas para suprimir o granizo. Na preparação para os Jogos Olímpicos de Verão de 2008, a China lançou 1.104 foguetes dispersores de chuva de 21 pontos de Pequim, para tentar afastar a chuva da cerimônia de abertura em 8 de agosto de 2008. Guo Hu, chefe do serviço municipal de meteorologia de Pequim, afirmou que a operação havia sido bem-sucedida. Choveram 100 milímetros em Baoding, na província de Hebei, a sudoeste, e 25 milímetros no distrito de Fangshan, em Pequim.

A eficácia dessas técnicas ainda não foi comprovada de forma conclusiva. Já a modificação involuntária do tempo por atividades humanas, como a agricultura e a indústria, está amplamente comprovada.

• A chuva ácida, causada pela emissão industrial de dióxido de enxofre e óxidos de nitrogênio na atmosfera, prejudica os lagos de água doce, a vegetação e as construções.
• Os poluentes de origem humana reduzem a qualidade do ar e a visibilidade.
• As mudanças climáticas causadas pelas atividades humanas que emitem gases do efeito estufa na atmosfera devem alterar a frequência de eventos meteorológicos extremos, como secas, temperaturas extremas, inundações, ventos fortes e tempestades severas.
• O calor gerado por grandes áreas metropolitanas pode alterar ligeiramente o tempo nas proximidades, mesmo a distâncias de até 1.600 km.

Os efeitos da modificação involuntária do tempo podem ameaçar seriamente os ecossistemas, os recursos naturais, a produção de alimentos e fibras, o desenvolvimento econômico e a saúde humana.

Os fenômenos atmosféricos ocupam áreas de tamanhos muito diferentes. Para acompanhar eventos pequenos e de evolução rápida, são necessárias observações mais frequentes e uma rede mais densa de pontos de medição. Uma classificação da extensão horizontal usada na observação meteorológica distingue as escalas abaixo. Seus limites são aproximados.

Micrometeorologia

Em uma acepção mais ampla da microescala, a micrometeorologia estuda fenômenos atmosféricos de curta duração e dimensões inferiores às da mesoescala, com cerca de 1 km ou menos. Esses dois ramos da meteorologia às vezes são reunidos sob a denominação "meteorologia de mesoescala e microescala", abreviada como MMM. Juntos, estudam todos os fenômenos menores que a escala sinótica, geralmente pequenos demais para constar em um mapa meteorológico. Entre eles estão pequenas porções de nuvens, em geral passageiras, e outras estruturas de pequenas dimensões nas nuvens.

As temperaturas na Terra costumam variar entre −40 °C e 40 °C ao longo de um ano. A diversidade de climas e latitudes permite, porém, que ocorram temperaturas extremas fora desse intervalo. A menor temperatura do ar já medida na Terra foi de −89,2 °C, na Estação Vostok, na Antártida, em 21 de julho de 1983. Uma medição de 57,7 °C em Azizia, na Líbia, em 13 de setembro de 1922, foi considerada por muito tempo a maior temperatura do ar já registrada, mas foi invalidada pela Organização Meteorológica Mundial. A maior temperatura média anual medida foi de 34,4 °C em Dallol, na Etiópia. A menor foi de −55,1 °C, na Estação Vostok.

A menor temperatura média anual em um local permanentemente habitado é a de Eureka, em Nunavut, no Canadá, com −19,7 °C.

Na Baía da Commonwealth, na costa de Jorge V, na Antártida, as ventanias chegam a cerca de 320 km/h. O maior acúmulo de neve em doze meses ocorreu no Monte Rainier, no estado de Washington, nos Estados Unidos, com 31.102 mm de neve.

O estudo do tempo em outros planetas ajuda a compreender os fenômenos meteorológicos terrestres. Nesses planetas, o tempo segue muitos dos mesmos princípios físicos que na Terra, mas ocorre em outras escalas e em atmosferas de composição química diferente. A missão Cassini-Huygens descobriu em Titã nuvens formadas por metano ou etano, das quais cai chuva de metano líquido e outros compostos orgânicos. A atmosfera terrestre tem seis zonas de circulação distribuídas por latitude, três em cada hemisfério. As faixas visíveis de Júpiter correspondem a uma quantidade maior dessas zonas. Titã tem uma única corrente de jato perto do paralelo 50° norte, e Vênus tem uma única corrente perto do equador.

A Grande Mancha Vermelha de Júpiter, uma das formações mais conhecidas do Sistema Solar, é uma tempestade anticiclônica cuja existência é conhecida há pelo menos 300 anos. Em outros planetas gigantes, a ausência de uma superfície permite que o vento alcance velocidades enormes. Em Netuno, já foram medidas rajadas de até 600 metros por segundo, cerca de 2.100 km/h. Isso é um enigma para os cientistas planetários. A energia solar dá origem ao tempo, e Netuno recebe apenas cerca de 1/900 da energia que chega à Terra. Mesmo assim, seus fenômenos meteorológicos são muito mais intensos. Em 2007, os ventos planetários mais fortes já descobertos eram os do exoplaneta HD 189733 b, onde se estimava que ventos de leste ultrapassassem 9.600 km/h.

Os fenômenos meteorológicos também ocorrem fora dos corpos planetários. Assim como acontece com todas as estrelas, a coroa solar perde matéria constantemente para o espaço, formando o que equivale a uma atmosfera muito tênue por todo o Sistema Solar. O fluxo de matéria ejetada pelo Sol é chamado de vento solar. As variações nesse vento e os eventos de maior porte na superfície da estrela, como as ejeções de massa coronal, formam um sistema com propriedades semelhantes às dos sistemas meteorológicos convencionais, como pressão e vento. Esse conjunto de fenômenos é geralmente chamado de clima espacial. Ejeções de massa coronal já foram acompanhadas até Saturno. A atividade desse sistema pode afetar as atmosferas dos planetas e, ocasionalmente, suas superfícies. A interação do vento solar com a atmosfera terrestre pode produzir auroras intensas e causar perturbações em sistemas sensíveis à eletricidade, como as redes elétricas e os sinais de rádio.