Temperatura do ar

A temperatura do ar é a característica do clima que nós sentimos mais diretamente.
Calor - frio; fresco - pesado; quente - gelado: é assim que se sente a temperatura do ambiente.

Temperatura em altitude

Todos os materiais são constituídos por muitas pequenas partículas, chamadas moléculas: o ar, a terra, tudo o que nos rodeia. O estado de agregação de um material - sólido, líquido ou gasoso - depende da aproximação de como o conjunto destas moléculas se encontram ligadas. Tomemos o exemplo da água. Água congela abaixo de 0°C e, assim, torna-se sólida. Moléculas aproximam-se e ligam-se. A partir de uma temperatura de 0°C (ponto de fusão) até 100°C (ponto de ebulição), a água é líquida. As moléculas de água estão num agrupamento solto e movem-se relativamente em direção umas às outras. A partir do ponto de ebulição, a água evapora-se e torna-se gasosa. As moléculas estão agora muito afastadas umas das outras e essencialmente sem coesão. Elas movem-se mais rapidamente do que num estado líquido ou sólido. Esta condição requer mais energia. Isto chama-se também "energia térmica", que medimos a partir da temperatura.

Como mencionado anteriormente, esta mudança de estado do material modifica a densidade e depende de quão "apertadas" as moléculas estão ligadas e permanecem em conjunto. Corpos sólidos têm, assim, uma maior densidade do que os materiais gasosos, porque as suas moléculas ficam mais juntas. Na atmosfera, a maioria das moléculas estão em forma de ar. O ar protege a Terra do Sol e do espaço.
Nestas fotos, pode-se ver como a luz solar passa através da atmosfera e atinge a superfície da Terra. As moléculas da camada de ozono da luz solar não chegam à superfície da Terra. No entanto, a maior parte da luz solar atinge o solo, pois a densidade do ar é pequena.
Na superfície da Terra, a luz solar é, em grande parte, absorvida pelo solo. Assim, o solo aquece. Uma pequena parte da luz solar é refletida de novo para a atmosfera.

O ar ao nível da superfície é agora aquecido pelo solo. Uma vez que as moléculas de ar se afastam quando aquecem, o ar expande-se e perde a densidade - o ar aquecido sobe. Como a pressão no solo é mais elevada do que na atmosfera, o ar ascendente pode expandir-se ainda mais com a altitude. Durante esta expansão, a energia do calor é perdida e o ar ascendente quente arrefece. Dificilmente continua a aquecer devido ao aumento da distância ao solo.
Assim, também a refletida e parcial radiação de ondas longas tem menos energia e não aquece o ar tanto quanto a radiação incidente. Além disso, o ar contém menos moléculas em volume, o que poderia ser atingido pela luz solar, devido à expansão.
Portanto, prevalecem temperaturas inferiores nas camadas superiores do ar (ver o meteograma AIR animado à direita).
Se estiver nublado, as moléculas de água na nuvem absorvem uma grande parte da luz solar. Apenas uma pequena parte da luz solar, eventualmente, atinge o solo. Por conseguinte, está muitas vezes fresco por baixo das nuvens, mesmo com elevada radiação solar.

Subida do ar com temperatura alta

Se a radiação solar é muito forte, o ar aquece mais rapidamente no solo e sobe. Ele desloca o ar mais frio das camadas superiores e expande-se, ao mesmo tempo, assim que a pressão do ar diminui com a altitude. A subida da temperatura do ar e o aquecimento das camadas mais altas da atmosfera durante o dia é mostrado no meteograma AIR animado à direita.
Se mais e mais ar se aquece e sobe, desenvolve-se uma espécie de "bolha de ar", que pode expandir toda a troposfera (camada inferior da atmosfera) para cima. Esta é uma das razões pelas quais a troposfera é mais espessa nos trópicos do que nas zonas polares.

Inversão de temperatura

Uma inversão é uma situação, na qual a temperatura do ar é mais quente nas camadas mais elevadas do que nas camadas inferiores da atmosfera.
Isto é causado pelo processo de aquecimento. O ar quente sobe e permanece acima do ar frio. Para se dar uma inversão, algo deve ou evitar o arrefecimento do ar aquecido quando está numa camada superior, ou arrefecer o ar por baixo mais rapidamente do que o ar por cima. As causas para tal inversão são:

• Nuvens baixas: elas impedem a luz solar de alcançar e aquecer a superfície. O ar frio abaixo da cobertura de nuvens permanece frio. Esta situação ocorre principalmente no inverno, quando o solo foi arrefecido durante algum tempo e já não pode aquecer mais o ar.
• Fluxo de ar frio das áreas vizinhas (por exemplo, montanhas, glaciares): O ar frio desloca e eleva o ar quente. Um fluxo contínuo de ar frio mantém as temperaturas no solo mais baixas do que acima dele.

Exemplos de uma inversão devido ao fluxo de ar frio podem ser vistos no meteograma AIR (à direita). O fluxo de ar frio das montanhas próximas cria uma almofada de ar frio acima do fundo do vale a 970 metros (barra verde) em cerca de 2000 metros de altitude acima do terreno circundante (linha castanha).