Os ventos existem devido a diferenças de aquecimento entre superfícies e por causa de diferenças na pressão. O ar sobre superfícies quentes torna-se também aquecido e sobe; ar sobre superfícies mais frias “afunda”. Isso leva a diferenças na pressão do ar à superfície. Assim, a pressão tende a ser mais baixa em regiões de ar ascendente e mais altaa em regiões de ar descendente. Essas diferenças de pressão geram os gradientes de pressão. Assim, à superfície o ar flui da alta para a baixa pressão. Os gradientes de pressão se desenvolvem tanto em escala global quanto local. Ventos globais consistem nos movimentos de grandes massas de ar e dos fluxos nas correntes de jato, enquanto os ventos locais envolvem gradientes em escala local, afetando assim uma área menor.
Uma vez que os ventos não podem ser diretamente observados por satélite, a direção e intensidade dos ventos podem ser inferidas por padrões de nuvens. Para entender o que causa esses padrões de nuvens nas imagens de satélite, necessita-se entender o conceito de ar convergindo e divergindo. Em geral, o ar em baixos níveis converge próximo das baixas e associados às regiões frontais; usualmente diverge na região das altas. Em altos níveis, o ar tende a divergir sobre as baixas e convergir sobre as altas, o reverso do que acontece em baixos níveis.
Características convectivas indicando direção dos ventos em baixos-níveis.
Convecção ocorre tipicamente quando o ar acima do Ventos está desigualmente aquecido. Isso faz com que o ar mais quente torne-se menos denso e suba, enquanto ar mais frio na vizinhança afunda. O ar subindo esfria-se e forma nuvens convectivas e possivelmente precipitação. Estudando-se essas áreas convectivas do espaço, podemos freqüentemente determinar a direção do vento a partir das formas e padrões criados pelas nuvens convectivas.
Durante os meses de verão, quando a terra está mais fria que os oceanos, o ar frio pode mover-se para fora das costas dos continentes e sobre as águas oceânicas mais quentes, onde é aquecido e umidificado por baixo. Esse ar sobe rapidamente, e como um resultado, nuvens cumulus se formam. Essas nuvens cumulus são usualmente encontradas em fileiras que são paralelas à direção do vento. Essas fileiras, conhecidas como ruas de nuvens (cloud streets), consolidam-se vento abaixo em linhas sólidas. Se alguma inversão estiver presente, o desenvolvimento vertical é limitado e as nuvens se espalharão em linhas de estratocumulus. Vistas do espaço, essas linhas de cumulus e stratocumulus – as quais, igualmente às ruas de nuvens, tendem a se formar paralelas à direção dos ventos de baixos-níveis – são facilmente reconhecidas. São usualmente bons indicadores da direção dos ventos em baixos níveis quando são jovens e próximas da costa. Longe da costa, outros fatores afetam a orientação das linhas e não são indicadores confiáveis da direção dos ventos. Essas nuvens são espessas e com baixos topos, e, portanto, aparecerão brilhantes no VIS e mais escuras no IV. Mais para dentro do oceano, as linhas se espalham e sua orientação é mais influenciada por padrões de tempo de grande-escala do que pela direção dos ventos de baixos-níveis.
Veja um exemplo de ruas de nuvens em Rondônia e como estas evoluem para cumulos congestus ao longo do dia
Os oceanos não são os únicos lugares que as ruas de nuvens se formam. Ventos frios soprando através de águas mais quentes em um corpo de água sobre a terra (digamos, um grande lago), irá freqüentemente formar ruas de nuvens sobre o lago, estendendo para as costas. Na região dos Grandes Lagos, estas nuvens freqüentemente trazem nevascas fortes a partes do oeste de Nova York, Michigan e norte de Ohio. Esse efeito é conhecido como “Great Lakes effect”, onde a neve e as bandas convectivas podem ser freqüentemente vistas em imagens de satélite. Esse “efeito de lago” pode ser estendido por centenas de km.
Durante o dia, as superfícies de terra aquecem-se mais rápido que as superfícies de água adjacentes. Conforme o ar em contato com a terra é aquecido, o mesmo sobe e é trocado pelo ar mais frio sobre a água. O vento local próximo da costa que é formado como o resultado dessa convecção é denominado brisa marítima.Onde o ar mais frio e mais quente se encontra, existe ascensão do ar quente devido à dirferença em densidade. Ao longo dessa linha de contato, freqüentemente denominada frente de brisa, nuvens convectivas e tempestades podem se desenvolver. Isto ocorre freqüentemente durante o dia nas regiões tropicais costeiras. Evidências da frente de brisa podem ser detectadas em imagens de satélite. Céu claro que aparece sobre a linha da costa e águas adjascentes mais distantes, e uma área sobre a terra com nuvens cumulus são indicadores de uma brisa marítima.
A brisa de lago (lacustre) também se desenvolve de forma similar, em torno de largos corpos de água dentro do continente. Frentes de brisa de lago ao longo das costas dos Grandes Lagos, podem ser freqüentemente visíveis em imagens de satélite. De forma similar, o ar sobre o lago permanece sem nuvens, enquanto uma área de nuvens cumulus é aparente sobre a terra, indicando a brisa de lago. Para ambos lagos e mar, o vento sopra em direção a costa, geralmente perpendicular à linha da costa. Fenômeno semelhante pode ser observado onde existem grandes rios como o Amazonas.
À noite, as superfícies sobre a terra se esfriam mais rapidamente que as superfícies das águas circunvizinhas Quando isso ocorre, ar mais frio sobre a terra irá fluir da terra para o corpo de água, iniciando a brisa terrestre. Uma linha de cumulus poderá freqüentemente se formar ao longo da frente de brisa, imediatamente fora da linha da costa. Ventos de superfície localizados serão geralmente perpendiculares à linha de nuvens. Pode-se observar esse fenômeno em muitas regiões durante as primeiras horas da manhã (por exemplo, na costa da Flórida e em várias regiões costeiras do Nordeste do Brasil). Algumas vezes, tempestades podem estar associadas com essas nuvens. No caso do nordeste brasileiro, esse tipo de circulação pode causar chuva durante as primeiras horas da manha nessa região, até que a brisa terrestre (que intensifica os alíseos) ganhe força.
Os ventos de grande-escala podem também influenciar o desenvolvimento da frente de brisa terrestre, bem como a marítima.
A distribuição das nuvens em torno de um lago pode ajudar a determinar a direção do vento. Se um padrão de nuvem cumulus existe, as nuvens se estenderão na direção vento acima (upwind - de onde vem o vento ou barlavento) em relação ao lago e dissipam sobre o lago. No lado vento abaixo (downwind ou sotavento), a costa do lago estará clara, e as nuvens irão se formar novamente alguma distância para fora da cosa a sotavento. Por exemplo, nuvens que se estendem para norte e oeste da costa de um lago enquanto a parte sul e leste permanece sem nuvens, indica que a direção que o vento prevalesce é de noroeste.
Circulações locais também podem se formar ao longo de montanhas e terras altas conforme o ar flui para cima e para baixo dos terrenos inclinados. Conforme os lados de uma montanha se aquecem durante o dia, o ar adjacente é aquecido e sobe. Isso é conhecido como brisa de montanha ou mountain upslope wind. Essas áreas são freqüentemente fáceis de se localizar em imagens de satélite quando as áreas em torno das montanhas são claras e nuvens convectivas são frequentemente observadas sobre regiões montanhosas. Quando o aquecimento é muito intenso, tempestades podem se formar sobre as montanhas.
Ar frio que desce as montanhas por efeito de gradientes de densidade e pressão é chamado de vento catabático. Quando o fluxo catabático encontra outra corrente de ventos, ocorre convergência e uma linha espessa de cumulus pode se formar. A influência dos fluxos catabáticos nos padrões de nuvens pode ser vistas em imagens de satélite (sobretudo VIS) como uma linha brilhante de cumulus.
Quando uma massa de ar instável move-se sobre um oceano de águas mais quentes, é provável que ocorra convecção de células abertas. Pouca e localizadas pancadas de chuva ou neve (snow showers) podem ocorrer, e a precipitação esfria o ar. Conforme a chuva rapidamente se dissipa, um anel de nuvens cumulus é deixado marcando o limite externo do ar frio resfriado pela precipitação. Essas nuvens são conhecidas como “cumulus de célula aberta” (open-cell cumulus). Essas formações irão frequentemente aparecer como um anel aproximadamente circular de nuvens circundando um centro livre de nuvem. Nuvens com essa forma característica usualmente se formam em condições relativamente calmas. Ventos moderadamente fortes tenderão a dar a esses anéis uma forma relativamente alongada, com o eixo maior usualmente orientado paralelo à direção do vento. Em condições de ventos fortes, o lado vento-acima se quebra.
A direção do vento nas vizinhanças das tempestades pode frequentemente ser determinada pelo estudo da organização e forma da nuvem. Em algumas tempestades, o ar resfriado pela evaporação da chuva afunda rapidamente para o nível do Ventos e move-se para fora da nuvem da tempestade. Conforme o ar flui radialmente para fora da tempestade, uma linha de nuvens (chamada de linha em arco, ou arc-cloud line) forma-se ao longo da região limite da massa de ar frio resfriada por evaporação. Freqüentemente, novas tempestades se desenvolvem ao longo desse arco de nuvens, especialmente em uma área onde duas linhas diferentes convergem.
O ar fluindo em torno das montanhas freqüentemente deixa um padrão distinto de nuvens que oferece um ‘insight’ valioso sobre o estado da atmosfera naquela região. Montanhas altas freqüentemente bloqueiam o fluxo de ventos. No lado em que o vento sopra de uma cadeia de montanhas (a barlavento), grandes bancos de nuvens podem crescer conforme o ar é essencialmente represado pelas montanhas; ao mesmo tempo, a sotavento das montanhas o ar permanece claro.
Um padrão de ondas de montanhas pode aparecer a barlavento conforme o vento sopra sobre a montanha. Esse padrão consiste de uma série de nuvens em forma de ondas em níveis baixos a médios que estão orientadas perpendicularmente à direção do vento. Conforme os ventos fluem sobre as montanhas, tornam-se turbulentos, de modo que o ar sobe e desce numa forma de onda. Onde o ar sobe, uma nuvem se forma. Onde o céu está claro, o ar está afundando.
O ar dentro das ondas de montanha pode ser muito turbulento e pode tornar-se perigoso para a a viação. Portanto, essas características são estudadas extensivamente pelos previsores da aviação. A velocidade dos ventos dentro de uma nuvem de montanha pode ser estimada pelo satélite usando a fórmula: V = 6 w + 12, onde V é a velocidade do vento e w é o comprimento de onda das ondas. Para determinar w do padrão de onda nas nuvens, tem-se que medir a distância média de uma nuvem à outra. Para fazer isso, uma escala aproximada para a imagem do satélite deve ser desenvolvida usando-se dois pontos de referência geográficos familiares e um atlas ou mapa que contenha os pontos de referência. Então, a distância entre duas ondas de montanha pode ser medida na imagem do satélite e convertida para uma distância real usando a escala. A distância resultante pode então ser substituída na fórmula.
Um fluxo de ar em alta velocidade pode também ser levantado rapidamente sobre uma cadeia de montanhas. Imediatamente vento abaixo das montanhas, o ar afunda, resultando em uma estreita zona livre de nuvens. Mais adiante, o ar sobe novamente e pode formar um amplo escudo de nuvens cirrus, formação conhecida como cirrus de sotavento (lee high cirrus).
Uma vez que ilhas não são usualmente formações muito extensas na Terra, elas não bloqueiam o fluxo de ar da mesma forma que as montanhas fazem. Ao contrário, o fluxo de ar tende a ser desviado em volta delas. Os padrões criados freqüentemente são usados como indicadores confiáveis da direção do vento. Em condições de céu encoberto, um claro (região desprovida de nuvens) pode aparecer a sotavento da ilha. Um arco arredondado pode aparecer a barlavento da ilha. Ambas características indicam que o fluxo de ar esta sendo quebrado pela ilha. Esse traço deixado pelo fluxo de ar apresenta freqüentemente a forma de cunha (wedge), com a ponta da cunha apontando vento abaixo (downwind). O ar fluindo sobre uma ilha pode também formar um padrão de onda, que é muito similar ao padrão de onda de montanha, com as ondas orientadas perpendicular à direção do vento. Esses padrões descritos freqüentemente ocorrem juntos e são indicadores confiáveis da direção do vento e turbulência.
O campo de vento também pode tornar-se deformado vento abaixo em relação às ilhas, e turbilhões (island eddies) nas nuvens podem se desenvolver. Esses turbilhões (eddies) aparecem como um aspecto de rodamoinho nas nuvens. Enquanto os elementos individuais de nuvem em um turbilhão não são indicadores úteis, a observação da orientação de uma série de eddies é um método muito confiável para determinar a direção do vento.
As linhas a sotavento das ilhas ocorrem em regiões de oceanos tropicais quando o vento flui em volta de uma ilha e converge em uma linha vento abaixo a partir da ilha. Uma pequena linha de nuvens convectivas irá se formar ao longo da linha de convergência que extende-se vento a baixo a partir da ilha. Exemplos são vistos nas Bahamas.
Fonte: www.icess.ucbs.edu