Torre quente - Hot tower

Um Global Hawk da NASA detecta uma torre quente medindo mais de 12 km (7,5 mi) de altura dentro da parede do olho do furacão Karl em 16 de setembro de 2010.

Uma torre quente é uma nuvem cumulonimbus tropical que sai da camada mais baixa da atmosfera, a troposfera , e chega à estratosfera . Essas formações são chamadas de "quentes" por causa da grande quantidade de calor latente liberado conforme o vapor de água se condensa em líquido e congela em gelo dentro da nuvem. Torres quentes em regiões de vorticidade suficiente podem adquirir correntes ascendentes rotativas; estes são conhecidos como torres quentes vorticais. Em alguns casos, as torres quentes parecem desenvolver características de uma supercélula , com rotação profunda e persistente presente na corrente ascendente. O papel das torres quentes no clima tropical foi formulado pela primeira vez por Joanne Simpson em 1958. As torres quentes dominaram as discussões na meteorologia tropical na década de 1960 e agora são consideradas as principais causas da elevação do ar dentro dos ciclones tropicais e um componente importante da circulação Hadley . Embora a prevalência de torres quentes na literatura científica tenha diminuído na década de 1970, as torres quentes permanecem uma área ativa de pesquisa. A presença de torres quentes em ciclones tropicais está correlacionada com um aumento nas intensidades dos ciclones tropicais.

Observação

As torres quentes foram detectadas pela primeira vez por radar na década de 1950. O reconhecimento aéreo foi usado para sondar as torres quentes, embora os aviões evitassem os núcleos mais perigosos das torres quentes devido a questões de segurança. O lançamento da Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) em 1997 forneceu a resolução e a cobertura necessárias para catalogar sistematicamente as torres quentes e avaliar com precisão sua estrutura global. Antes de 1997, o tamanho pequeno e a curta duração das torres quentes limitavam os estudos de torres quentes às observações aéreas, pois as resoluções dos sensores de satélite em comprimentos de onda de microondas e infravermelho eram muito grosseiras para resolver adequadamente os detalhes dentro das torres quentes.

Estrutura

O termo torre quente tem sido aplicado tanto a parcelas de ar que se elevam rapidamente quanto às altas nuvens cumulonimbus que as acompanham. As regiões de ar ascendente são horizontalmente pequenas e se estendem por cerca de 2–4 km (1,2–2,5 mi). Sua maior extensão é na vertical, atingindo altitudes de até 18 km (11 mi) e exibindo alta refletividade . As torres quentes são efetivamente não diluídas; à medida que sobem, o ar circundante não se mistura com as parcelas crescentes de ar. Como resultado, a temperatura potencial equivalente dentro de uma torre quente permanece quase constante em toda a sua extensão vertical. Isso permite o transporte eficiente de calor da baixa troposfera para a estratosfera . As torres quentes que se formam nas áreas de rotação podem apresentar correntes ascendentes rotativas ; estes são conhecidos como torres quentes vorticais e estão associados a regiões localizadas de vorticidade vertical anômala .

Desenvolvimento conceitual

Os estudos aéreos do furacão Daisy em 1958 foram fundamentais para validar a relação entre torres quentes e ciclones tropicais

Antes da década de 1950, o mecanismo que impulsionava as células atmosféricas de Hadley - uma circulação de ar que transporta calor tropical e umidade em direção aos pólos - era mal compreendido. Inicialmente, acreditava-se que a célula de Hadley era alimentada pelo aumento amplo, difuso e gradual do ar quente e úmido próximo ao equador. No entanto, cálculos do orçamento de energia da Terra usando dados da Segunda Guerra Mundial mostraram que a média troposfera era uma região de déficit de energia, indicando que a manutenção da célula de Hadley não poderia ser explicada pela ampla ascensão do ar. O papel das regiões tropicais no sistema climático global e o desenvolvimento de distúrbios tropicais também foram mal compreendidos. A década de 1950 marcou uma década crucial que viu o avanço da meteorologia tropical , incluindo a criação do US National Hurricane Research Project em 1956. Em 1958, Herbert Riehl e Joanne Simpson propuseram que a liberação de calor latente causado pela condensação em torres quentes fornecesse o energia necessária para manter as células de Hadley e os ventos alísios ; a hipótese deles foi inicialmente baseada em observações aéreas feitas por Simpson durante seu tempo na Woods Hole Oceanographic Institution . Este mecanismo exigia a existência de nuvens cumulonimbus não diluídas que não arrastavam o ar circundante, permitindo a transferência eficiente de calor da superfície do oceano para a alta troposfera. A existência de 1.500–2.500 dessas nuvens era necessária para que sustentassem a circulação de Hadley. Os pesquisadores também argumentaram que as torres quentes ajudaram a manter o calor presente no centro dos ciclones tropicais e que a ascensão do ar úmido dentro dos ciclones tropicais se concentrou em torno das torres quentes. Em seu artigo original de 1958 descrevendo o papel das torres quentes, Riehl e Simpson descreveram essas nuvens como "torres quentes estreitas", mas começaram a denominar a ideia como a "hipótese das torres quentes" em 1960. Nas duas décadas seguintes, as torres quentes dominaram a ciência discussão sobre a interação entre nuvens cúmulos e seus ambientes tropicais em maior escala.

Visualização das concentrações de umidade em um furacão
Visualização de uma torre quente no furacão Bonnie (1998) . As alturas das nuvens são exageradas.

As observações aéreas do furacão Daisy em 1958 sugeriram que a convecção dentro dos ciclones tropicais foi limitada a algumas áreas de nuvens cumulonimbus, dissipando a ideia de que o ar ascendente foi distribuído por todo o envelope do ciclone e dando suporte para a hipótese da torre quente. No caso do furacão Daisy, as nuvens cumulonimbus em convecção representaram apenas cerca de quatro por cento da região total de precipitação associada ao furacão. Uma análise de 1961 feita por Riehl e Simpson usando os dados NHRP do furacão Daisy concluiu que as torres quentes eram o principal mecanismo pelo qual os ciclones tropicais movem o ar quente para a alta troposfera. A recém-descoberta importância das torres quentes em ciclones tropicais motivou o desenvolvimento da parametrização - a representação de fenômenos e interações em pequena escala, ou seja, nuvens cúmulos individuais - nos primeiros modelos meteorológicos . A hipótese da torre quente também inspirou o desenvolvimento da instabilidade convectiva de segundo tipo (CISK): um modelo conceitual que enfatizava os feedbacks entre o calor latente liberado por cúmulos individuais e a convergência associada a ciclones tropicais. Na década de 1970, muitas das ideias e previsões apresentadas pela hipótese da torre quente foram validadas por observações empíricas. Os críticos da hipótese da torre quente argumentaram que era implausível que uma nuvem cumulonimbus pudesse estar livre de arrastamento. Esta faceta da hipótese permaneceu não testada até que dropsondes liberados em torres quentes como parte do Experimento de Convecção e Umidade em 1998 forneceram as primeiras medições diretas da estrutura termodinâmica de torres quentes. Os dados mostraram que a temperatura potencial equivalente dentro das torres quentes era virtualmente constante em toda a sua extensão vertical, confirmando a falta de arrastamento. Outras observações de campo sugeriram que algumas correntes ascendentes tropicais são diluídas por seus ambientes circundantes em altitudes inferiores a 5 km (3,1 mi), embora o forte calor latente gerado pelo gelo dentro da nuvem foi suficiente para fornecer a energia de entrada necessária para a circulação Hadley. A pesquisa científica de torres quentes ressurgiu na década de 2000 com um foco renovado em seu papel na ciclogênese tropical e no desenvolvimento de ciclones tropicais.

Efeito em ciclones tropicais

Torres quentes vorticais ajudam na formação de ciclones tropicais, produzindo muitas anomalias positivas de pequena escala de vorticidade potencial , que eventualmente se aglutinam para fortalecer a tempestade mais ampla. A alta vorticidade presente nas torres quentes retém o calor latente liberado por essas nuvens, enquanto a fusão das torres quentes agrega esse calor intensificado. Esses processos são a parte principal da formação inicial do núcleo quente de um ciclone tropical - o calor anômalo no centro de tal sistema - e o aumento do momento angular dos ventos que cercam o ciclone em desenvolvimento.

Em 2007, a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) formulou a hipótese de que o cisalhamento do vento entre o olho e a parede do olho poderia aumentar a corrente de ar através do centro de um ciclone e gerar convecção. Torres quentes podem aparecer quando um ciclone está prestes a se intensificar, possivelmente rapidamente . Uma torre quente particularmente alta se ergueu acima do furacão Bonnie em agosto de 1998, quando a tempestade se intensificou antes de atingir a Carolina do Norte .

Veja também

Referências

Bibliografia

links externos