Como a altitude muda a temperatura do ar

Por que o ar esfria quando sobe

A explicação mais comum — "lá em cima está mais longe do chão quente" — está incompleta. O motivo principal é a pressão. A atmosfera é comprimida pelo próprio peso, então a pressão diminui com a altitude. Quando uma porção de ar sobe, ela se expande para se equilibrar com a pressão menor ao redor. Essa expansão realiza trabalho, e o ar gasta sua própria energia interna para isso. Menos energia interna significa temperatura menor. O processo se chama expansão adiabática, ou seja, ocorre sem troca de calor com o ambiente.

A fórmula

T destino = T origem − Γ × (h destino − h origem) / 1000

Onde Γ é o gradiente térmico vertical, em °C por quilômetro, e as altitudes estão em metros. O sinal negativo indica que subir esfria; descer, pelo mesmo raciocínio, aquece.

Três gradientes, três situações

O gradiente adiabático seco, de 9,8 °C por quilômetro, vale para ar sem condensação. É o valor exato para uma porção de ar que sobe sem formar nuvem.

O gradiente adiabático saturado, próximo de 5 °C por quilômetro, aplica-se quando o ar já atingiu a saturação e está condensando. A condensação libera calor latente, aquecendo parcialmente a porção de ar e reduzindo o resfriamento pela metade. É o que acontece dentro das nuvens.

O gradiente da atmosfera padrão, de 6,5 °C por quilômetro, é uma média internacional adotada pela aviação. É o número mais adequado para comparar duas cidades em altitudes diferentes, porque representa o comportamento médio real da atmosfera.

Exemplo com cidades brasileiras

Santos está praticamente ao nível do mar; São Paulo, a cerca de 790 metros. A diferença é de 790 metros, e com o gradiente padrão isso equivale a 790 × 6,5 / 1000 = 5,1 °C. Uma tarde de 32 °C em Santos corresponde, portanto, a algo perto de 27 °C na capital — e é exatamente essa a diferença observada com frequência entre as duas cidades. O mesmo raciocínio explica por que Campos do Jordão, a 1.630 metros, tem madrugadas de inverno cerca de 10 °C mais frias que o vale do Paraíba abaixo dela.

Quando a conta não funciona

Há situações em que a temperatura sobe com a altitude, em vez de cair: são as inversões térmicas. Elas são comuns em madrugadas de céu limpo, quando o solo perde calor por radiação e resfria a camada de ar imediatamente acima dele. Nesses casos, um vale pode estar mais frio que a encosta ao lado, e é justamente por isso que a geada atinge primeiro o fundo dos vales. A fórmula também ignora efeitos locais importantes: proximidade do mar, cobertura vegetal, ilha de calor urbana, exposição da encosta ao sol e vento predominante.

Aplicações práticas

O cálculo é útil para planejar trilha e montanhismo, quando o topo pode estar 8 °C ou 10 °C mais frio que a base; para agricultura, na avaliação de risco de geada conforme a cota do terreno; e para entender previsões, já que o valor divulgado para uma cidade se refere à estação meteorológica oficial, cuja altitude pode diferir bastante do bairro onde a pessoa está. Na aviação, o mesmo gradiente é a base do cálculo de altitude por pressão.

Dicas

Para comparações entre cidades, use o gradiente padrão. Para estimar a temperatura no topo de uma montanha em dia seco e de céu limpo, o gradiente seco chega mais perto. E se o dia estiver nublado, com nuvens cobrindo o alto do relevo, o gradiente saturado descreve melhor a realidade.