O que é meteorologia Sinótica?

Definição e objetivos

• A meteorologia sinótica está relacionada com a descrição, análise e previsão do tempo de sistemas meteorológicos de grande escala; assim, relaciona-se ao estudo de processos atmosféricos da macro- escala, bem como à previsão do tempo baseada em resultados de estudos sinóticos;
• Um importante objetivo da formação sinótica é familiarizar o aluno com a estrutura e o comportamento da atmosfera real;
• Do grego synoptikos, que significa elaborar uma visão geral de um todo;
• Para a meteorologia este termo é utilizado no contexto de dimensões horizontais e tempos de duração de fenômenos atmosféricos, como por exemplo: ciclones e anticiclones extratropicais, cavados e cristas no escoamento baroclínico de oeste, zonas frontais e jatos.

Breve histórico

• Padronização de horários para as observações e junção das informações coletadas (inicialmente via telégrafo);
• posterior confecção de mapas sinóticos ou cartas sinóticas;
• a distância entre as estações de superfície (normalmente em aeroportos) tornou-se o fator limitante determinação da escala horizontal mínima dos fenômenos que poderiam ser observados;
• Atualmente, fenômenos de escalas menores como bandas de precipitação, tempestades severas, frentes de rajada e nuvens tipo cúmulos podem ser observados pelos radares, lidares e satélites;
• antigamente estes sistemas eram investigados por aviões, que não conseguiam uma amostragem simultânea de vários lugares, e portanto não permitiam uma análise detalhada da estrutura espacial.

Classificação dos fenômenos atmosféricos

A escala de um fenômeno atmosférico refere-se às suas dimensões espaciais e temporais típicas. Existem classificações precisas e detalhadas, entretanto, a grosso modo, a figura 1 forneca uma noção destas divisões:

Os fenômenos com grande (pequena) escala espacial estão associados à grande (pequena) escala de tempo. A razão entre a escala espacial (horizontal)e a temporal é da mesma ordem de grandeza para todos os fenômenos (exceto para o tornado e seus vótices menores), isto é, 10 m/s. Isso faz com que os fenômenos atmosféricos possam ser tratados como fractais, ou seja, formas geométricas que possuem estrutura similar em todas as escalas, mesmo ocorrendo em diversas escalas de tempo.

A escala temporal (cuja unidade é velocidade) representa o tempo que o ar leva para percorrer toda a estrutura do fenômeno.

A Tabela 1 resume algumas classificações das escalas dos fenômenos atmosféricos:

Figura 1: Esquema simplificado das escalas dos fenômenos atmosféricos.

Escala	Exemplos	Comentários
Interdecadal	PDO
Interanual	El Niño La Niña
Intrasazonal	Oscilações de MAdden Julian	15 a 60 dias; Variações que ocorrem dentro de uma estação.
Sinótica	Cavados e cristas no escoamento baroclínico de oeste Ciclone e anticiclone extratropical Sistema frontal Corrente de jato	1 a 10 dias; A largura do sistema é muito maior que a sua espesura vertical; Dinâmica hidrostática; Suas dimensões horizontais e escalas de tempo podem ser prognosticadas pela teoria de instabilidade baroclínica; Embora frentes e jatos estejam associados a tais padrões, sua extensão horizontal é muito mais estreita.
Sub-sinótica	Intenso ciclone extratropical sobre o oceano Ciclone tropical Sistema convectivo de mesoescala Jato de baixos níveis	menor do que 1 dia; Dimensão horizontal e escala de tempo ligeiramente menores que a do sistema de escala sinótica; Com exceção das linhas de instabilidade, a dinêmica do sistema é hidrostática.
Mesoescala	Frente costeira outflow boundaries dryline Banda de precipitação associada a ciclone extratropical Onda de gravidade Brisa terra-oceano Circulação vale-montanha mesoalta mesobaixa	Dimensão horizontal e escala de tempo são ligeramente menores que a do sistema de escala sinótica; Com exceção da dryline e da banda de precipitação, a dinâmica do sistema é hidrostática.
Escala de Tempestade	Tempestade severa Mesociclone Frente de rajada Grande downburst	Escala de tempo da ordem de dezenas de minutos (~1 hora); DImensão horizontal comparável à escala convectiva
Esacala de Subtempestade	Nuvens cumulus Tornado e tromba d'água, confinados na área limitada pelas tempestades convectivas	Ordem de 10min; Não hidrostático
Microescala	Subvórtices em tornados Trombas d'água Roda-moinhos	Escala de tempo da ordem de minutos e dimensão horizontal menor do que a escala de subnuvem Não-hidrostático

• Orlanski: subdivisão de acordo com a ordem de grandeza da escala horizontal de cada fenômeno, usando letras gregas e os prefixos micro, meso e macro.
• Fujita: subdivisão "de acordo com a ordem de grandeza da escala horizontal de cada fenômeno em relação à circunferência da Terra no equador, usando vogais e prefixo "meso".

Figura 2:Horizontal-length scales and time scales for the following atmospheric phenomena:A,dust devils;B,tornadoes and waterspouts;C,cumulus clouds;D,downbursts;E,gust front;F,mesocyclones;G,thunderstorms;H,sea/land/lake breezes, mountain-valley circulations,meso-hights and meso-lows;I,precipitation bands;J,coastal fronts;K,mesoscale convective systems;L,low-level jet;M,dryline;N,"bombs" and tropical cyclones;O,upper-level jets;P,surface fronts;Q,extratropical cyclones and anticyclones;and R,troughs and ridges in the baroclinic westerlies.Fonte:Bluestein,1992.

Observação versus Teoria

A classificação dos fenômenos deve ser feita de acordo com suas características física ou em termos de leis governantes?

• A sinótica é altamente baseada em observações;
• A meteotologia dinâmica baseia-se na aceitação de leis físicas e deduções sobre o comportamento atmosférico regido por tais leis;

Por uma lado, pode-se:

• observar determinado fenômeno;
• em seguida descrever suas características;
• depois analisá-lo, para aprender porque é formado e porque se comporta daquela maneira e finalmente poder prevê-lo (EX: cicliones extratropicais).

Por outro lado:

• a existência de determinado fenômeno pode ser prevista pelo conhecimento de uma lei física;
• Depois procura-se observá-lo na natureza (Ex: ondas de gravidade).

Atualmente, a sinótica não vive sem dinâmica e vice-versa; portanto, a ideia básica é fundir o que tem sido tradicional na sinótica com os fundamentos oriundos da dinâmica.

O meteorologista sinótico representa o lado intuitivo, enquanto que o meteorologista dinâmico representa o lado dedutivo; o sinótico "descobre" as leis, enquanto que o dinâmico prova que a lei está correta e tenta compreendê-la.

O melhor exemplo de aplicação de princípios dinâmicos na sinótica é a teoria quase-geostrófica que é baseada nas informações, mas foi desenvolvida pelos teóricos através da lógica.

Evolução natural

A influência tecnológica exerceu um papel fundamental para a evolução natural da meteorologia:

• A meteorologia sinótica começou no final do século XIX com a invenção do telégrafo (1840);
• Muitos anos de observação da estrutura bidimensional da atmosfera na superfície permitiu o desenvolvimento da teoria frente polar no começo do século XX (1920);
• As radiossondas, desenvolvidas no final de 1930, promoveram uma visão 3D da atmosfera;
• Em 1940, com o surgimento dos computadores começaram-se os investimentos em previsões numéricas do tempo e criou-se a teoria quase-geostrófica;
• 1950:primeira previsão numérica em computador;
• 1950:verificação da teoria quase-geostrófica;
• 1960-1970:surgimento dos satélites, estudos dos efeitos não-quase-geostróficos;
• 1980:perfiladores via radar, redes observacionais, satélites e computadores;

Não se deve apresentar as leis físicas como fatos, deve-se mostrar que fazem sentido o que tem limitações, assim retém-se o mistério na ciência. Os eventos observados, analisados e previstos pelos meteorologistas sinóticos são de certa forma misteriosos, pois nem todas as leis físicas envolvidas são completamente compreendidas, além do fato de que o estado da atmosfera não é perfeitamente conhecido. Desta forma, em grande parte dos casos não é possível fazer previsões perfeitas e precisas. Os estímulos são: entender melhor as eis físicas, descobrir novos fenômenos e por que ocorrem, e assim fazer melhores previsões.

Eventos importantes na história da meteorologia sinótica

Figura3:Depth and width scales for the atmospheric phenomena shown in the other figure.(By width we mean the characteristic horizontal scale;some features such as fronts are elongated and therefore are characterized by two different length scales.In this case we refer to the longer of the two scales as the width).Fonte:Bluestein,1992

ca. 1440	Rain gauge used in Korea
ca. 1595	First thermometer (Galileo)
1643	Invention of mercury barometer (TOrricelli)
1650	Cloud motion determined by trigonometry
1654	First "satisfactory" thermometer introduced
1660	Compressibility of air discussed (Boyle)
ca. 1670	Suggestion that pressure should decease with height (Halley)
1674	Observations of pressure decreasing with height (Pascal)
1686	Description of trade winds and monsoons (Halley)
1687	Explanation of winds that involves effect of Earth's rotation (Halley)
1735	Upper air temperatures measured on kite(Wilson)
1773	Invention of balloon(Charles)
1784	Upper air temperatures measured on balloon(Jeffries Blanchard)
1801	Firts cloud classification scheme devised (Lamarck)
1803	Cloud classification scheme devised (Lamarck)
1809	Wind measurements made above ground (Foster)
1816/td>	First synoptic maps drawn (Brandes)
1835	Coriolis force describe mathematically(Coriolis)
1840	Invention of telegraph (Morse)
1840	Identification of "polar current" and "equatorial current" (Dove)
1852-90	Upper air measurements of preassure, temperature, humidity in a manned ballon (Welsh,Glaisher, Assman)
1860	Dove's "currents" found on synoptic maps (Fitzroy)
1861	Cyclone model (based on marine observations) that has wind-shift lines (Jinman)
1865-78	Improvement of Howards cloud classification scheme (Ley)
1870	Invention of cup anemometer (Robinson)
1883	Cyclone model based on pressure distribution on synoptic maps (Abercromby)
1890	Model of cyclone showing relationship between divergence(convergence) at surface and aloft and pressure distribution at surface (Van Bebber)
1890	First "balloon-sonde"(unmanned, recording balloon)(de Bort)
1893	First kite network (Rotch and Fergusson)
1900	Invention of radio (Marconi)
1901	Discovery of tropopause (de Bort)
1903	Invention of airplane (Wright brothers)
1903	Hypothesis that kinetic energy of storms comes from total potential energy, and is associated with horizontal temperature contrast (Margules)
1906	Study of Dove's "currents" using trajectory analysis (Lempfert and Shaw)
1909	Fisrt theodolite used to get upperair winds
1909-11	STreamline analysis first used (Sandstrõm, Bjerknes)
1917	First airplane soundings
1917	First telegraphy from instrumented kite (Herath and Robitzsch)
1918-28	Polar front theory-the "Bergen school"(J. Bjerknes, Solberg, Bergeron)
1923-35	Invention and improvement of radiosonde (Blair, Idrac, Bureau, Moltchanoff, Vaisala, Duckert, Lange)
1928	Theory of kinematics of frontogenesis (Bergeron)
1930	Introduction of concept of isentropic analysis (Shaw)
1933	First upper air maps at constant height levels
1933	First upper air maps at constant pressurre levels (Scherhag)
1937	First routine use of radiosonde data
1937-40	First isentropic analysis of upper air data (Rossby, Namias)
1941	First routine isentropic analyses in United States Invention of radar
1943	First aircraft penetration of the eye of hurricane
1944	First detection of precipitation by radar
1945	International a doption of constant-pressure analysis
1945	First use of reference States Discovery of the jet stream and jet streaks,The "Chicago School" (Palmen Newton, et al.) FIrst use of quase-geostrophic assumption (Chamey, Eliassen) Mathematical justification for quasigeostrophic theory(Chamey)
1949	The Thunderstorm Project (Byers, Braham)
1950	Invention of the computer First numerical forecast by computer Discovery of upper level fronts (Reed) Discovery of the dryline (Fujita, Beebe)
1957	First satellite (Sputnik I)
1959	First meteorological satellite (Explores VII)
1960	First Communications satellite First pulsed Doppler radar First infrared sensors on satellite First geosynchronous satellite First satellite soundings using infrared spectrometers
1970	Analysis of coastal fronts First detailed documentation of mesoscale organization precipitations systems First multiple-Doppler observations Introduction of semigeostrophic theory and its application to the study of fronts and jets (Hoskins) First Doppler radar observations in clear air First use of minicomputers First interactive computer system for meteorological analysis (McIDAS) First automated surface networks (National Center for Atmospheric Research) Theory of conditional symmetric instability and rainbands in cyclones (Emanuel, Bennetts, Hoskins)
1980	First use of wind profilers (Wave Propagation Laboratory) First dual-polization radars for hail detection

Referências

H.B Bluestein 1992. Synoptio-Dynamic Meteorology at Midlatitudes. Volume I- "Chapter I".Oxford University Press.

Sites

www.dca.iag.usp.br

(acessado em 03/08/10)

www.atmos.washington.edu

(acessado em 03/08/10)

nsidc.org

(acessado em 03/08/10)

www.dca.iag.usp.br

(acessado em 03/08/10)