Cisalhamento do vento

O cisalhamento do vento é um termo meteorológico que descreve a alteração da velocidade ou da direção do vento numa curta distância. Isto representa uma variação na velocidade do vento, que inclui tanto a magnitude (velocidade) como a direção. 

Esta alteração pode ocorrer verticalmente com a altura ou horizontalmente ao longo de um nível. Ao contrário das alterações graduais do vento em grande escala, o cisalhamento do vento refere-se a estas diferenças relativamente abruptas na velocidade do vento em escalas espaciais limitadas.

Tipos de cisalhamento do vento

Cisalhamento vertical do vento: Trata-se da alteração da velocidade ou da direção do vento com a altitude. O atrito junto à superfície terrestre faz com que os ventos sejam mais lentos ao nível do solo e aumentem com a altura, criando o cisalhamento vertical da velocidade (uma mudança na velocidade do vento com a altura). 

As diferenças horizontais de temperatura também fazem com que os ventos mudem de direção com a altura devido ao efeito do vento térmico, levando ao cisalhamento direcional vertical (uma mudança na direção do vento com a altura). É frequentemente medido em unidades como nós por mil pés.

Cisalhamento horizontal do vento: Trata-se da alteração da velocidade ou da direção do vento numa área horizontal a uma determinada altura. É comummente encontrado ao longo das frentes meteorológicas, onde massas de ar com diferentes velocidades do vento se encontram. O cisalhamento horizontal também pode ocorrer perto das costas, em torno de tempestades ou em áreas de ventos convergentes ou divergentes.

Onde e a que escalas ocorre o cisalhamento do vento

O cisalhamento do vento é comum em toda a atmosfera e ocorre em várias escalas:

Perto da superfície: O atrito com o terreno, edifícios e vegetação cria um cisalhamento vertical significativo da velocidade nas camadas mais baixas. Também pode ocorrer cisalhamento horizontal localizado em torno de obstáculos. Isto é tipicamente em microescala, ao longo de dezenas a centenas de metros.

Na camada limite: Estendendo-se até cerca de 1-2 km, esta camada turbulenta apresenta frequentemente cisalhamento vertical e horizontal provocado por fricção, aquecimento e jactos de baixo nível. As escalas variam de micro a mesoescala (até alguns quilómetros).

Na atmosfera superior: O cisalhamento pronunciado ocorre ao longo das correntes de jato e nos limites frontais que se estendem para o alto. Existem aqui gradientes de velocidade horizontais e verticais significativos, principalmente à escala sinóptica (dezenas a centenas de quilómetros).

Em ambientes de tempestade: As trovoadas criam um cisalhamento intenso e localizado na mesoescala (quilómetros) através de fortes correntes de ar ascendentes, correntes de ar descendentes e limites de escoamento. As microexplosões são particularmente perigosas, caracterizadas por um cisalhamento extremo em distâncias muito curtas (centenas de metros).

Porque é que o cisalhamento do vento é importante

O cisalhamento do vento tem implicações críticas em vários domínios:

Aviação: O cisalhamento repentino do vento durante a descolagem ou a aterragem é perigoso. As mudanças no vento de frente ou de cauda alteram rapidamente o fluxo de ar sobre as asas, causando perdas ou ganhos perigosos de sustentação e velocidade. As microexplosões são fenómenos de cisalhamento a baixa altitude particularmente graves, que requerem a atenção e a perícia do piloto para serem geridos. Os sistemas de deteção são vitais para a segurança da aviação.

Tempestades e tempo severo: O cisalhamento vertical do vento é crucial para a organização de tempestades severas, incluindo supercélulas que produzem tornados. Separa a corrente ascendente da corrente descendente, permitindo que a tempestade se fortaleça e persista. O cisalhamento também introduz rotação na corrente ascendente da tempestade, um passo fundamental na formação de tornados.

Comportamento dos incêndios florestais: O cisalhamento do vento torna a propagação do incêndio imprevisível e perigosa. As alterações do vento em altura e no terreno podem provocar um crescimento irregular do fogo e mudanças súbitas de direção.

Energia eólica: Compreender o cisalhamento vertical é essencial para otimizar a colocação e a altura das turbinas eólicas para captar ventos mais fortes no ar de forma eficiente e segura. Também tem impacto nas cargas estruturais das turbinas.

Previsão meteorológica: A medição e a previsão exactas do cisalhamento do vento são vitais para prever o desenvolvimento, a intensidade e o movimento de tempestades e o comportamento de sistemas maiores, como correntes de jato e ciclones.

Forças globais que influenciam o cisalhamento do vento

Várias forças de grande escala contribuem para o cisalhamento do vento:

Gradientes de pressão: As diferenças de pressão provocam ventos. As variações nos gradientes de pressão com a altura ou horizontalmente levam a alterações na velocidade e direção do vento ao longo da distância, criando o cisalhamento.

Efeito Coriolis: A rotação da Terra desvia os ventos, contribuindo para o cisalhamento direcional em grandes sistemas meteorológicos e correntes de jato.

Gradientes de temperatura: As diferenças horizontais de temperatura estão ligadas ao cisalhamento vertical do vento (vento térmico), fazendo com que os ventos mudem com a altitude, especialmente através das frentes.

Correntes de jato e ciclones: Estas grandes caraterísticas meteorológicas são elas próprias caracterizadas por um forte cisalhamento devido aos intensos gradientes de pressão e temperatura que lhes estão associados.

Em conjunto, estas forças moldam as condições atmosféricas que dão origem ao cisalhamento do vento a várias escalas.

O impacto de longo alcance do cisalhamento do vento

O cisalhamento do vento é um fenómeno atmosférico fundamental, definido como a alteração da velocidade do vento em distâncias curtas. Ocorre verticalmente e horizontalmente, abrange várias escalas, desde a turbulência local até aos grandes sistemas meteorológicos, e é impulsionado por forças atmosféricas fundamentais. 

A compreensão do cisalhamento do vento é fundamental em diversos domínios, desde a garantia da segurança da aviação e a previsão de condições meteorológicas adversas até à otimização das energias renováveis e à previsão dos padrões meteorológicos globais. A sua natureza omnipresente faz com que seja um fator constante que influencia a atmosfera e as actividades humanas na mesma.