TROVOADAS

Tempestades são caracterizadas por relâmpagos e trovões. Elas são produzidas por uma ou mais nuvens cumulonimbus (Cb), também conhecidas como nuvens de tempestade.Uma típica nuvem de tempestade tem um diâmetro de 10-20 km, alcança altitudes de 5-10 km, dura em média 30-90 minutos e move-se com uma velocidade de 40-50 km/h. Normalmente elas podem ser identificadas por seu largo e brilhante topo esbranquiçado, que projecta-se na direcção dos ventos formando uma saliência denominada bigorna. Cerca de 2000 tempestades estão sempre ocorrendo, o que significa que 16 milhões ocorrem anualmente em nosso planeta. A frequência de tempestades num dado local depende de vários factores, entre eles a topografia, a latitude, a proximidade de massas de água e a continentalidade. Uma pequena percentagem das tempestades que ocorrem todo ano são consideradas tempestades severas, isto é, produzem ao menos uma das seguintes características: granizo com diâmetro igual ou maior que 2 cm, ventos de 90 km/h ou tornados. Um tornado é uma coluna de ar girando violentamente que se estende da base da nuvem até o solo. Tempestades severas também costumam produzir ventos de alta intensidade conhecidos como rajadas e microrajadas, que são rajadas de curta duração e que afectam regiões menores que 4 km de extensão.

        Nuvens de tempestade são formadas sempre que existir bastante movimento vertical, instabilidade vertical e humidade, de modo a produzir uma nuvem que alcance altitudes com temperaturas abaixo do nível de congelamento. Estas condições são mais frequentemente encontradas no verão e durante a tarde e início da noite, mas podem ser encontradas em todas as estações e em todas as horas do dia. O movimento vertical pode ser causado por um gradiente no perfil de temperatura ou por processos de ascensão do ar, tais como as brisas ao longo das costas, frentes frias ou quentes, áreas de baixa pressão com convergência horizontal de ventos e montanhas. No primeiro caso, o ar mais quente (mais leve) próximo da superfície da terra tende a deslocar-se para cima trocando de posição com o ar mais frio (mais pesado) nos níveis mais altos, que tende a deslocar-se para baixo. Tempestades formadas por este processo são geralmente chamadas tempestades de massa de ar. Elas tendem a ser menos severas do que os outros tipos de tempestades, embora sejam ainda capazes de produzir rajadas. No processo de ascensão, o ar próximo a superfície da terra é empurrado para cima por outra massa de ar ou ao se chocar com uma montanha. Algumas vezes mais de um processo de ascenção pode ocorrer simultaneamente.
 
  

         Quando o ar sobe na atmosfera o suficiente para atingir seu ponto de saturação, a humidade condensa formando partículas de água, e posteriormente, partículas de água super-arrefecida (isto é, partículas de água em temperaturas abaixo do ponto de congelamento) e partículas de gelo, formando a nuvem de tempestade. Quando o vapor de água muda de fase para líquido ou gelo, calor latente é liberado auxiliando no desenvolvimento da nuvem. Estas partículas colidem e combinam-se entre si, formando as gotas de chuva, neve e granizo. Quando as partículas se tornam pesadas, o movimento de queda supera as correntes de ar ascendentes e a precipitação ocorre. Outra importante propriedade comum a todas as nuvens de tempestade é a inserção de ar proveniente do meio ambiente através dos contornos da nuvem, diluindo o ar dentro da nuvem. Esta propriedade é denominada arrastamento.

        Nuvens de tempestade podem ocorrer sozinhas, em linhas ou em aglomerados. Uma nuvem de tempestade sozinha ou isolada pode ser formada por uma única célula, por várias células (multicelular) ou por uma supercélula. Enquanto que uma tempestade isolada, formada por uma única célula, dura normalmente menos de uma hora, tempestades isoladas multicelulares ou supercelulares, bem como tempestades em linhas ou em aglomerados, podem afectar uma região por várias horas. Uma nuvem de tempestade multicelular consiste de várias células adjacentes umas as outras e em vários estágios de desenvolvimento. As células interagem entre si de tal modo que as correntes de ar descendentes de uma célula em dissipação pode intensificar as correntes de ar ascendentes de uma célula adjacente. A maioria das nuvens de tempestade tem mais de uma célula, isto é, são multicelulares. Diferentemente de uma tempestade formada por uma única célula, nuvens de tempestade multicelulares podem, algumas vezes, tornarem-se tempestades severas. Nuvens de tempestade do tipo supercélulares são consideradas as maiores nuvens de tempestade. Elas são basicamente uma célula gigante, caracterizada por uma persistente corrente de ar ascendente com forte movimento giratório. A sua existência está relacionada com o perfil vertical de cisalhamento do vento e a instabilidade da atmosfera. Elas são frequentemente classificadas como tempestades severas, sendo responsáveis pela maioria dos largos tornados ou tempestades de granizo. Entretanto, nem toda nuvem de tempestade do tipo supercélula produz tornados. Nuvens de tempestade do tipo supercelulares são eletricamente mais activas do que as nuvens de tempestades isoladas ou multicelulares. Existem vários factores que influenciam a severidade de uma nuvem de tempestade do tipo supercélula. Os principais factores são a intensidade das correntes de ar ascendentes e a velocidade dos ventos nos níveis superiores.

        Aglomerados de tempestades são um fenómeno muito comum. Eles são também chamados de sistemas convectivos de mesoescala. Alguns tipos particulares destes sistemas são as linhas de instabilidade e os complexos convectivos de mesoescala. Linhas de instabilidade são sistemas de nuvens de tempestade arranjadas segundo uma linha. Diferentemente de uma linha de nuvens de tempestade individuais, as nuvens de tempestade em uma linha de instabilidade interagem entre si, sendo conectadas por uma região estratiforme semelhante a um largo anvil. Linhas de instabilidade por se estender por várias centenas de quilómetros, normalmente produzem ventos muito fortes e algumas vezes fracos tornados. Linhas de instabilidade são, geralmente, formadas perto da “linha” de separação entre uma massa de ar húmida e quente e uma massa de ar fria. Complexos convectivos de mesoescala são os maiores membros dos sistemas convectivos de mesoescala. Eles são aglomerados de tempestade quase circulares com típicas dimensões de 300 km ou mais e duração média de 15 horas, muito embora em certas ocasiões possam durar por vários dias.

        Uma nuvem de tempestade composta por uma única célula tem um ciclo de vida que consiste de três estágios: desenvolvimento ou cúmulos, maduro e dissipativo. No estágio de desenvolvimento, as correntes de ar ascendentes predominam dentro da célula. Em geral pouca chuva e poucos ou mesmo nenhum relâmpago ocorrem. No estágio maduro, ambos movimentos de ar ascendentes e descendentes ocorrem. A bigorna é em geral um aspecto proeminente, formado basicamente por cristais de gelo. É neste estágio que a maioria da chuva, relâmpagos, granizo, ventos fortes e tornados ocorrem. A chuva e o granizo em precipitação arrastam o ar consigo para baixo, intensificando as correntes de ar descendentes e produzindo frentes de rajadas, a medida que o ar espalha-se ao alcançar o solo. Finalmente, no estágio dissipativo, o movimento do ar é predominantemente descendente e a intensidade da chuva e da actividade de relâmpagos diminui, embora permaneça significante. A nuvem gradualmente se dissipa. Os ventos nos níveis superiores espalham os cristais de gelo, de modo que o anvil é a última parte que resta da nuvem, tomando uma forma semelhante a nuvens cirrostratus e altostratus. Cada estágio dura em média de 10 a 30 minutos.

        Em setembro de 1752, Benjamin Franklin realizou um experimento para examinar a natureza eléctrica das tempestades. Ele colocou uma haste metálica em cima da sua casa, conectada a um longo fio aterrado. Ele cortou o fio e separou suas extremidades por cerca de 15 cm colocando um sino preso a cada uma delas. Uma esfera metálica isolada foi suspensa entre os sinos, movendo-se entre eles e batendo neles quando uma nuvem de tempestade passava próximo. Comparando a carga no fio com uma carga conhecida, Franklin determinou que a base da nuvem de tempestade era carregada negativamente. A estrutura básica de uma nuvem de tempestade, entretanto, só foi proposta no começo do século 20. Ela pode ser descrita como um dipolo eléctrico positivo, composto por uma região carregada positivamente acima de uma região carregada negativamente. Uma região de cargas positivas mais fraca pode também existir perto da base da nuvem. O centro positivo superior ocupa a metade superior do volume da nuvem, enquanto que o centro negativo está localizado no meio da nuvem, em uma altura onde a temperatura é em torno de –10 a 0 graus Celsius. A carga nestes centros pode variar consideravelmente com a geografia e de nuvem para nuvem, com valores entre uma dezena a algumas centenas de Coulombs. Carga negativa também esta presente em uma fina camada envolvendo a parte superior da nuvem de tempestade, incluindo o anvil, denominada camada de blindagem. Esta carga é produzida pelo aprisionamento de iões negativos, gerados por raios cósmicos na atmosfera, às partículas da nuvem na sua região superior.

        Não se conhece exactamente como as nuvens de tempestade tornam-se carregadas. A teoria mais aceita para explicar a produção de cargas requerida para electrificar uma nuvem de tempestade assume que as partículas carregadas são produzidas por colisões de diferentes partículas de gelo no interior da nuvem. Os detalhes do processo de colisão não são muito bem conhecidos mas, em termos gerais, dois tipos de processos tem sido considerados: processos indutivos e não-indutivos. O processo indutivo considera que o campo eléctrico tem um papel preponderante sobre a formação das cargas, enquanto que o processo não-indutivo considera que outros parâmetros são preponderantes, tais como temperatura, potencial de contacto, tamanho das partículas ou conteúdo de água. É provável que mais de um parâmetro sejam relevantes e, também, que diferentes parâmetros devam ser considerados em diferentes casos. Após as partículas carregadas serem formadas, elas são separadas pelo efeito de correntes de ar ascendentes e descendentes e pela acção gravitacional.

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