Fundamentos de Dinâmica Aplicados à Meteorologia e Oceanografia

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Informações do Produto:

Autor: Marco Antonio Maringolo Lemes & Antonio Divino Moura 
Páginas: 296
Formato: 21 x 27
Ano: 2002
ISBN 8586699330

No anos da década de 1980, cientistas de todo o mundo começaram a reconhecer a importância do fenômeno El Niño e seus impactos sobre as sociedades e economias, mormente nos países menos desenvolvidos da área tropical do globo. Para o avanço da ciência de previsão do fenômeno, foi estabelecido um programa denominado TOGA (Tropical Oceans and the Global Atmosphere), pelo Programa Mundial de Pesquisas em Previsão Climática (WCRP), que durou de 1985 até 1995. 

Os elementos básicos que captam a dinâmica de gênese e evolução do fenômeno foram incorporados em um modelo simplificado do sistema acoplado oceano-atmosfera sobre o Pacífico tropical pelos pesquisadores Mark Cane e Stephen Zebiak, do Lamont-Doherty Earth Observatory, em Palisades, NY, EEUU. Uma previsão do El Niño acertada foi elaborada por esses cientistas da Universidade de Columbia e publicada na revista Nature em 1986. Naquela época, já se sabia que um El Niño de intensidade media a forte aumenta em muito a probabilidade de secas fortes no Nordeste do Brasil. Uma seca ocorreu de fato em 1987 e aquela previsão não foi sequer considerada pelos responsáveis por planejamento e mitigação dos efeitos da seca. 

Como decorrência dos esforços da comunidade científica internacional e os aspectos de incipientes da modelagem e previsão do ENOS (fenômeno conjunto entre o oceano –El Niño– e a atmosfera –oscilação do Sul), surgiu a possibilidade de implantação de um instituto internacional com a finalidade de dar apoio científico às pesquisas em previsão climática, ao mesmo tempo em que deveria explorar as aplicações que o conhecimento sobre o futuro (previsão climática em escala sasonal a inter-anual) poderia ajudar em processos de tomada de decisão em caso de eventos extremos. Assim nasceu o IRI (International Research Institute for Climate Prediction), apoiado pelo Escritório de Programas Globais da NOAA, no final de 1996, no campus da Universidade de Columbia. A escolha desse campus mostra o reconhecimento pelos esforços científicos desenvolvidos por Cane e Zebiak no Lamont-Doherty Earth Observatory. 

Fundamentos de Dinâmica Aplicados à Meteorologia e Oceanografia, um dos raros livros em língua portuguesa que trata dos elementos fundamentais da física dos fluidos planetários (os oceanos do planeta Terra e a atmosfera global a eles superposta), prepara os leitores iniciantes no tópico e permite a formação de uma base para estudos mais avançados sobre a dinâmica do clima da Terra, a previsão de sua evolução natural, bem como de suas mudanças climáticas induzidas por efeitos antropogênicos, tema de crescente importância para todas as sociedades do planeta. 

Temos a convicção de que as comunidades de ensino e de pesquisa dos países de língua portuguesa e espanhola da América Latina, África, Europa e Ásia darão as boas vindas a este livro-texto na graduação e na pós-graduação nos campos da Meteorologia e Oceanografia. Além disso, todas as áreas da pesquisa em que a dinâmica das transformações ambientais requeiram melhor quantificação dos processos serão beneficiadas.

Pois isso, em muito boa hora, o IRI agradece aos autores a oportunidade de poder contribuir para a edição deste livro Fundamentos de Dinâmica Aplicados à Meteorologia e a Oceanografia, que acreditamos irá beneficiar estudantes, professores e interessados no fascinante campo da dinâmica dos fluidos planetários.

Conteúdo:

 

Apresentação
Agradecimentos
Prefácio
CAPÍTULO I: EQUAÇÕES BÁSICAS
I.1 Introdução
I.2 Conceitos básicos
I.2.1 Diferenciação total
I.2.2 Descrições Eulerianas e Lagrangianas
I.2.3 Superfícies materiais
I.3 Equação do movimento em um sistema absoluto
I.3.1 Força de atração gravitacional
I.3.2 Força de gradiente de pressão
I.3.3 Força de atrito
I.4 Equação da continuidade
I.4.1 Abordagem Lagrangiana
I.4.2 Abordagem Euleriana
I.4.3 Usando o teorema de transporte de Reynolds
I.4.4 Forma Lagrangiana
I.4.5 Forma verticalmente integrada
I.5 Equação da energia
I.5.1 Equação da energia cinética
I.5.2 Equação da energia termodinâmica 
I.6 Forma geral da equação da energia termodinâmica
I.6.1 Caso de gases 
I.6.2 Caso de líqüidos
I.7 Equações em forma de fluxo
Problemas Propostos
CAPÍTULO II: EQUAÇÕES BÁSICAS EM UM SISTEMA EM ROTAÇÃO
II.1 Introdução
II.2 Forças aparentes
II.2.1 Força centrífuga
II.2.2 Força de Coriolis
II.2.2.1 Momentum angular
II.2.2.2 Interpretação da força de Coriolis
II.3 Derivadas dos versores de um sistema de coordenadas esféricas
II.4 Equação do movimento completa em coordenadas esféricas
II.5 Equações da continuidade e energia em um sistema em rotação
Problemas Propostos
CAPÍTULO III: APROXIMAÇÕES CLÁSSICAS
III.1 Introdução
III.2 Equações exatas para uma Terra esférica
III.3 Aproximação da água rasa
III.3.1 Aproximação da água não consistente
III.3.2 Aproximação da água consistente
III.4 Análise de escala da equação horizontal do movimento
III.4.1 Aproximação do plano tangente
III.4.1.1 Aproximação do plano beta
III.4.1.2 Comentários adicionais sobre o plano beta
III.5 Balanço hidrostático
III.6 Análise de escala da componente vertical do movimento
III.7 Aproximação do plano f
III.8 Análise de escala da equação da continuidade
III.9 Análise de escala da equação da energia
III.10 Aproximação de Boussinesq
III.10.1 Aproximação clássica de Boussinesq
III.10.2 Aproximação de Boussinesq modificada
III.11 Adimensionalização e números adimensionais
Problemas Propostos
CAPÍTULO IV: ANÁLISE DIFERENCIAL DOS MOVIMENTOS
IV.1 Introdução
IV.2 Tensor taxa de deformação
IV.3 Tensor simétrico
IV.3.1 Deformação linear
IV.3.2 Deformação angular
IV.3.3 Análise cinemática do tensor deformação 
IV.3.3.1 Deformação linear
IV.3.3.2 Deformação volumétrica
IV.3.3.3 Deformação angular
IV.3.4 Potencial de velocidade
IV.3.5 Invariantes do tensor simétrico
IV.4 Tensor anti simétrico
IV.5 Teorema da decomposição de Cauchy - Stokes
IV.6 Divergente e o rotacional da velocidade
IV.6.1 Divergente
IV.6.2 Vorticidade
IV.7 Tipos de movimentos
IV.7.1 Movimento puramente divergente 
IV.7.2 Escoamento puramente rotacional
IV.8 Teorema de Helmholtz
IV.9 Escoamento com deformação pura
IV.10 Escoamento tipo Laplace
Problemas Propostos
CAPÍTULO V: CIRCULAÇÃO E VORTICIDADE
V.1 Introdução
V.2 Circulação e vorticidade em um sistema absoluto
V.3 Linhas e tubos de vórtices
V.4 Teoremas fundamentais da circulação
V.4.1 Teorema de Kelvin
V.4.2 Teoremas de Bjerknes
V.4.2.1 Primeiro teorema de Bjerknes
V.4.2.2 Segundo teorema de Bjerknes
V.5 Circulação e vorticidade em um sistema não inercial
V.5.1 Termo baroclínico
V.5.2 Termo da circulação da força de Coriolis
V.5.2.1 Termo da divergência
V.5.2.2 Termo beta
V.6 Equação da vorticidade absoluta
V.7 Teorema de Helmholtz para a vorticidade
V.8 Equação da vorticidade para movimentos quase horizontais
V.8.1 Equação da vorticidade barotrópica não divergente
V.8.2 Equação da vorticidade barotrópica divergente
V.9 Vorticidade potencial
V.9.1 Teorema de Ertel
V.9.2Vorticidade potencial em Meteorologia
V.10 Equação da divergência
Problemas Propostos
CAPÍTULO VI: COORDENADA VERTICAIS E PROJEÇÕES
VI.1 Introdução
VI.2 Sistemas de coordenadas generalizadas
VI.2.1 Transformação do sistema z para o sistemas
VI.2.2 Diferenciação total em um sistemas
VI.3 Relação entre velocidades verticais de diferentes sistemas
VI.4 Considerações específicas
VI.4.1 Sistema z
VI.4.2 Sistema p
VI.4.3 Sistema θ
VI.4.4 Sistema z*
VI.4.5 Sistema s
VI.5 Coordenadas normalizadas
VI.5.1 Sistema sigma
VI.5.2 Coordenadas híbridas
VI.6 Projeções
VI.6.1 Conceitos básicos e classificação
VI.6.2 Projeções conformes em Meteorologia
VI.6.2.1 Projeção Lambert
VI.6.2.2 Projeção polar estereográfica
VI.6.2.3 Projeção Mercator
VI.6.3 Equação do movimento na projeção
Problemas Propostos
CAPÍTULO VII: APLICAÇÕES DAS EQUAÇÕES BÁSICAS
VII.1 Introdução
VII.2 Aplicações do balanço hidrostático
VII.2.1 Equação hipsométrica
VII.2.1.1 Obtenção do geopotencial
VII.2.1.2 Redução da pressão ao Nível Médio do Mar
VII.2.1.3 Construção de cartas de altura de 1000 hPa
VII.2.1.4 Equivalência entre os sistemas (x,y,z,t) e (x,y,p,t)
VII.3 Vento geostrófico
VII.3.1 Cristas e cavados
VII.3.2 Propriedades do vento geostrófico
VII.3.3 Vento ageostrófico
VII.4 Escoamentos protótipos
VII.4.1 Equação do movimento em coordenadas naturais
VII.4.2 Escoamentos estacionários
VII.4.2.1 Vento geostrófico
VII.4.2.2 Vento ciclostrófico
VII.4.2.3 Movimento inercial
VII.4.2.4 Vento gradiente
VII.5 Vento térmico
VII.5.1 Conceito
VII.5.2 Algumas expressões para o vento térmico
VII.5.2.1 Sistema (x,y,z,t)
VII.5.2.2 Sistema (x,y,p,t)
VII.5.2.3 Corrente de jato
VII.5.2.4 Advecção térmica geostrófica
VII.5.2.5 Atmosferas barotrópica e baroclínica
VII.6 Aplicações da equação da vorticidade
VII.6.1 Distribuição de vorticidade e de sua advecção
VII.6.2 Advecção de vorticidade
VII.6.3 Circulação secundária nos sistemas sinóticos
VII.6.4 Determinação do movimento vertical
Problemas Propostos
CAPÍTULO VIII: CAMADA LIMITE PLANETÁRIA
VIII.1 Introdução
VIII.2 Alguns números adimensionais de relevância
VIII.3 Termos de cisalhamentos de Reynolds
VIII.4 Parametrização dos fluxos turbulentos
VIII.4.1 Teoria K
VIII.4.2 Hipótese do comprimento de mistura
VIII.4.3 Teoria do fechamento
VIII.5 Algumas soluções especiais
VIII.5.1 Camada limite superficial
VIII.5.2 Camada de Ekman na atmosfera
VIII.5.2.1 Camada de Ekman clássica
VIII.5.2.2 Balanço de forças na camada de Ekman
VIII.5.2.3 Camada de Ekman modificada
VIII.5.3 Bombeamento na camada de Ekman
VIII.6 Outros tipos de camadas limites
VIII.6.1 Camada limite térmica
VIII.6.2 Camada limite inercial
Problemas Propostos
CAPÍTULO IX: PROTÓTIPOS DE ONDAS
IX.1 Introdução
IX.2 Conceitos fundamentais de ondas planas
IX.3 Classificação de ondas
IX.4 Ondas de gravidade externas
IX.4 1 Teoria irrotacional: equação e condições de contorno
IX.4.2 Solução do problema linearizado
IX.4.3 Casos limites
IX.4.4 Validade da linearização
IX.5 Ondas de gravidade internas: estratificação discreta
IX.5.1 Modelo de 2 fluidos: equações e condições de contorno
IX.5.2 Estrutura das ondas em meios fracamente estratificados
IX.5.2.1 Estrutura dos modos externos
IX.5.2.2 Estrutura dos modos internos
IX.6 Ondas de gravidade inerciais externas
IX.6.1 Equações governantes e relação de dispersão
IX.6.2 Pacote de energia e velocidade de grupo
IX.7 Ondas de gravida internas: estratificação contínua
IX.7.1 Equações básicas
IX.7.2 Estrutura da onda
IX.8 Ondas de vorticidade potencial
IX.8.1 Ondas de Rossby barotrópicas não divergentes
IX.8.2 Ondas de Rossby barotrópicas divergentes
IX.9 Problema da filtragem
Problemas Propostos
BIBLIOGRAFIA
APÊNDICES
Apêndice A
Apêndice B
Apêndice C
Apêndice D
Apêndice E
ÍNDICE REMISSIVO 
PROBLEMAS RESOLVIDOS 
CAPÍTULO I 
#1: Sobre as descrições Euleriana e Lagrangiana
#2: Solução da eq. da difusão pelo método da separação de variáveis
#3: Jacobiano e a equação da continuidade
#4: Sobre o conceito de temperatura potencial
#5 Sobre momentum e fluxo de momentum
CAPÍTULO II 
#1 Sobre a força centrífuga
#2 Sobre a forma da Terra
#3 Sobre o achatamento polar do planeta
#4 Sobre a oscilação inercial com amortecimento
#5 Efeito da força de Coriolis sobre o movimento em queda livre
#6 Sobre derivadas de versores de sistemas de coordenadas gerais
CAPÍTULO III 
#1 Sobre a freqüência de Brunt Väissälä 
#2 Sobre a gravidade reduzida e o Princípio de Arquimedes
#3 Sobre os vários números de Froude
#4 Sobre adimensionalização de eqs.: Teoria Quase-Geostrófica
#5 Sobre adimensionalização de eqs.: Camadas limites
#6 Sobre adimensionalização de eqs.: Convecção
CAPÍTULO IV 
#1 Sobre o tensor taxa de deformação retilínea (elongation rate)
#2 Sobre o tensor taxa de deformação angular (shear strain)
#3 Sobre o tensor taxa de deformação (strain tensor)
#4 Sobre rotação de sistemas de coordenadas
#5 Sobre os invariantes do tensor taxa de deformação
CAPÍTULO V 
#1Cálculo da componente vertical da vorticidade ...
#2 Rotação sólida
#3 Vórtice de Rankine ou vórtice V r = constante
#4 Circulação da força viscosa e o teorema de Kelvin
#5 Sobre o termo solenoidal e o teorema de circulação de Bjernes
#6 Sobre o efeito beta equivalente
#7 Sobre a vorticidade potencial para um escoamento barotrópico div.
#8 Sobre a vorticidade potencial quase geostófica
#9 Sobre o conceito de helicidade
CAPÍTULO VI 
#1 Sobre a equação da continuidade em coordenadas generalizadas
#2 Sobre a equação de Richardson para o movimento vertical
#3 Sobre a freqüência de Brunt-Väissälä e o sistema isobárico
#4 Sobre a inclinação de superfícies isobáricas e isentrópicas
#5 Param.de Coriolis / escala de imagem em coordenadas de mapa
CAPÍTULO VII 
#1 Sobre a corrente de jato na alta troposfera
#2 Sobre o desvio ageostrófico e o vento isalobárico
#3 Sobre as oscilações inerciais na presença de gradiente de pressão
#4 Sobre a divergência do vento gradiente para situação estacionária
#5 Sobre o vento térmico em coordenadas isentrópicas
#6 Sobre a advecção térmica
#7 Sobre a inclinação de superfícies de discontinuidade do tipo frontal
#8 Sobre o método do vetor Q
CAPÍTULO VIII 
#1 Sobre os “vários” números de Richardson
#2 Sobre o balanço da energia cinética turbulenta
#3 Sobre a camada de mistura
#4 Sobre a camada de Ekman nos oceanos
#5 Problema transiente de Ekman...
#6 Sobre a ressurgência em áreas oceânicas costeiras
#7 Sobre a camada limite térmica e ventos de encosta
#8 Sobre a camada limite inercial
CAPÍTULO IX 
#1 Sobre a validade da aproximação hidrostática (ondas grav. externas)
#2 Ondas de Kelvin oceânicas
#3 Sobre as ondas de gravidade internas estacionárias (topográficas)
#4 Ondas de gravidade internas e o problema de modos normais
#5 Análise de escala aplicada à equação da vorticidade potencial
#6 Ondas de Rossby internas e sua propagação vertical
#7 Ondas de Rossby internas e sua propagação vertical

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