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 de uma tal inversão podem ser:

• Inversão por subsidencia: Fluxo de ar frio de áreas vizinhas (por exemplo, montanhas, geleiras): O ar frio desloca e eleva o ar mais quente nas baixadas. Um afluxo contínuo de ar frio mantém as temperaturas no solo mais baixas do que acima dele.
• Inversão per advecção: Uma massa de ar mais quente que se desloca sobre uma massa mais fria, também conhecida como inversão por advecção. Esta camada pode ser menos estável e pode ser rompida, seja por convecção extrema que ultrapasse a calota entre as camadas, ou por pelo efeito de elevação de uma frente ou de uma cadeia montanhosa. A libertação súbita de energia convectiva acumulada - como o rebentamento de um balão - pode resultar em temporais severos.
• Radiação solar muito fraca. Esta situação ocorre principalmente no inverno, quando o solo se esfriou durante algum tempo e o ar acima do solo já não consegue se aquecer, ou também sob uma fina camada de nuvens baixas, que impede a luz solar de atingir o solo e aquecê-lo.

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).