Como podemos saber o que vai acontecer com o tempo? Antes de prever o que vai acontecer, é necessário conhecer e entender o comportamento do tempo e suas causas. O tempo pode ser considerado como o assunto mais freqüentemente discuto no dia a dia. Influencia nosso modo de vida e até o modo como nos sentimos Ao longo dos séculos, observadores do céu e dos ventos tais como navegadores pastares e agricultores, acumularam certos conhecimentos práticos que tornaram possível a previsão de algumas mudanças iminentes do tempo. Como se formam as nuvens? As nuvens parecem surgir do nada, mas, na verdade, o ar contém vapor d'água, resultado da evaporação, e minúsculas partículas como poeira, fumaça e sal, suficientemente leves para permanecerem suspensas no ar. A condensação e a sublimação do vapor d'água ocorrem em torno dessas minúsculas partículas, que são chamadas de núcleos de condensação. Se não fosse por essas impurezas, seria necessária uma umidade muito grande para formar as nuvens. A quantidade de vapor d'água no ar varia com a temperatura, quanto mais quente, maior a quantidade de vapor, sem que comece a ocorrer condensação. A temperatura a partir da qual o vapor d'água começa a condensar é chamada de ponto de orvalho. Quando o ar atinge a máxima quantidade de vapor d'água que é capaz de conter, dizemos que atingiu o ponto de saturação ou que está saturado. Quando ocorre elevação de ar úmido, o resfriamento pode levar o ar à saturação. Após a saturação, qualquer resfriamento adicional produzirá a condensação ou a sublimação do vapor d'água, formando gotículas de água e cristais de gelo. Se a temperatura é suficientemente baixa, ocorre a sublimação, ou seja, o vapor d'água passa diretamente a cristais de gelo. Essas gotículas de água e cristais de gelo são freqüentemente muito pequenas e permanecem em suspensão formando as nuvens.
A precipitação ocorre quando algumas gotículas ou cristais de gelo da nuvem crescem até um tamanho suficientemente grande para cair sob a ação da gravidade. Este crescimento pode acontecer de várias formas. Um processo que ocorre usualmente é a coalescência, ou seja, a união de gotículas que colidem, devido à turbulência no interior da nuvem. A gotícula resultante sofre menor resistência do ar e cai mais rapidamente, colidindo com gotículas menores em seu caminho, incorporando-as e continuando a crescer. Essa gotícula passa a se chamar gota de chuva quando deixa a base da nuvem.
O que provoca o vento? O vento é o resultado da movimentação do ar, que ocorre devido às diferenças de pressão atmosférica. Em locais com pressão mais baixa, as moléculas do ar estão mais afastadas, enquanto que, em regiões de pressão mais alta, elas estão mais próximas. A atmosfera está sempre tentando estabelecer o equilíbrio entre as áreas de maior e menor concentração de moléculas, por isso o ar move-se das altas para as baixas pressões. Esse movimento é o que percebemos como vento.
Até o inicio do século XIX, o modo de encarar o tempo era uma curiosa mistura de senso comum e superstição, e incluía milhares de regras, ditados esquisitos e provérbios. O senso comum era baseado nas conexões evidentes entre ventos, nuvens e o tempo. Eram escolhidas rimas para colocar essas observações na forma de ditados e provérbios. Muitos desses ditados foram originados com os pregos e incrementados com exageros através da Idade Média. Durante as grandes navegações, no final do século XV, os marinheiros ampliaram bastante esse senso comum para dar conta dos diferentes sistemas de vento e dos padrões de tempo que encontraram ao redor do mundo.
Através dos séculos, marinheiros, agricultores e outros tentaram fazer previsões baseadas no conhecimento e crenças de sua época e nas suas observações pessoais. No entanto essas previsões eram freqüentemente mal sucedidas. Como não havia comunicações adequadas, os observadores não sabiam o que estava acontecendo além do horizonte e normalmente eram surpreendidos por tempestades que chegavam sem muito aviso. Isso mudou com a invenção do telégrafo e o nascimento da previsão sinóptica no século XIX. A previsão sinótica consiste na rápida obtenção e análise de observações do tempo feitas no mesmo horário na maior quantidade de localidades possível. Em 1849, foi estabelecida uma rede meteorológica ligada por telégrafo nos Estados Unidos. Os dados eram coletados por voluntários e era preparado um mapa sinóptico, diariamente, com os dados coletados no mesmo horário em todas as localidades observadas. Em 1857, uma rede meteorológica criada na França recebia dados de toda a Europa. Em 1861, na Grã-Bretanha, Robert FitzRoy criou um serviço de aviso de tempestades para a Marinha. Inicialmente, foi um grande sucesso e FitzRoy passou a disponibilizar suas previsões nos jamais. Mas, à medida que ocorriam os inevitáveis erros decorrentes do método utilizado e da falta de precisão das observações, criticas sarcásticos e severas do público e dos cientistas tornavam-se constantes. Tomado por grande depressão, FitzRoy cometeu suicídio em 1865. Essas tais criticas sarcásticos foram uma praga para os provisores que se seguiram.
Apesar das criticas, a previsão sinóptica foi ganhando cada vez mais força, a partir de 1860, com a formação de organizações meteorológicas nacionais em vários países. As duas grandes guerras mundiais forçaram os governantes a despender grandes esforços para monitorar e prever o tempo, pois as suas variações podiam ter grande influência no desenrolar das batalhas. O progresso da Meteorologia foi muito favorecido pela tecnologia desenvolvida durante a guerra. São resultado desse desenvolvimento tecnológico as radiosondas, balões carregando instrumentos meteorológicos e transmitindo, via rádio, os dados das camadas de ar acima do solo, e os radares, utilizados na guerra para rastrear aeronaves inimigas e a chuva. Após a Segunda Grande Guerra, surgiram também os primeiros satélites artificiais. Com o uso de satélites, foi possível visualizar as nuvens e as tempestades a partir do espaço. Os meteorologistas ficaram extasiados.
Atualmente, a Meteorologia é uma ciência muito entrosada com a Física e com a Matemática. Uma enorme evolução da previsão de tempo ocorreu com o surgimento da previsão numérica, baseada em modelos que representam o movimento e os processos físicos da atmosfera. Através de equações com os valores do estado inicial da atmosfera, pode-se obter projeções para o futuro. Para resolver essas equações, são utilizados supercomputadores que estão longe do que conhecemos para uso doméstico.
A idéia da previsão através de processos numéricos de resolução de equações que representem o comportamento da atmosfera foi publicada pela primeira vez por Lewis Richardson, um matemático britânico, em 1922. Richardson levou muitos meses para fazer os cálculos necessários para produzir uma previsão para 24 horas no futuro. Mas as mudanças de pressão previstas por ele foram entre 10 e 100 vezes maiores do que as que realmente ocorreram, e já haviam ocorrido há muito tempo quando ele terminou a previsão! O trabalho de Richardson, além de pioneiro, revelou os obstáculos que precisavam ser superados: um enorme número de cálculos tinham que ser feitos rapidamente, os dados que representavam o estado inicial da atmosfera eram inadequados, os modelos eram representações muito rudimentares da atmosfera, e os problemas com as técnicas matemáticas podiam resultar em pequenos erros que iam crescendo durante os cálculos. Quanto ao problema com a velocidade dos cálculos, Richardson estimou que para terminar as previsões antes dos fenômenos acontecerem seriam necessários 64.000 matemáticos equipados com calculadoras. Os computadores eletrônicos trouxeram a solução para o problema dos cálculos. Em 1950, foi feita, nos Estados Unidos, a primeira previsão numérica de tempo relativamente bem sucedida. O computador utilizado era gigantesco e ocupava toda uma sala. A partir de 1955, as previsões por computadores passaram a ser executadas regularmente nos Estados Unidos. Inicialmente, eram no máximo um pouco melhores que as tradicionais, mas foram melhorando rapidamente graças ao aparecimento de computadores cada vez mais rápidos, que permitiam o uso de modelos mais complexos, representando cada vez melhor a atmosfera. Paralelamente a essa evolução, houve a melhoria no conhecimento do estado inicial com o aumento progressivo na quantidade e qualidade dos dados inicia principalmente a partir do surgimento da Organização Meteorológica Mundial (WMO. World Meteorological Organization) em 1963.
Os computadores para previsão de tempo, além de serem "pesas pesados" em termos de velocidade de cálculos, precisam ter grande capacidade de memória. Esses supercomputadores realizam mais de um bilhão de contas por segundo!
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