O ponto de partida da meteorologia moderna

Em 1854 um navio de guerra francês e outros 38 navios mercantes
afundaram devido à uma violenta tempestade próxima ao porto de
Balaklava.O diretor do Observatório de Paris foi chamado a investigar
o desastre e, checando os registros meteorológicos, verificou que
a tempestade havia se formado dois dias antes da tragédia e que a
mesma havia varrido o continente Europeu, vinda de sudeste.



Imagem ilustrativa


Se um sistema de rastreamento de tempestades tivesse sido
implantado, as embarcações teriam sido avisadas de qualquer
perigo eminente. Como resultado do ocorrido, o serviço
nacional de alertas de tempestades foi montado na França.

Este fato é reconhecido como o ponto de partida da meteorologia
moderna, i.e., a previsão de tempestades severas.

Fonte: Rose Potter

Jule Charney - Parte VIII: O Experimento Global

Por muitos anos, de 1961 à 1966, Charney
batalhou pelo Experimento Meteorológico
Global. Em 1966, realizou um documento que
apresentava a necessidade de se considerar a
atmosfera como um sistema singular, global
em extensão. Recrutando pesquisadores como
C. Leith, Y. Mintz e J. Smagorinsky, investigou
o problema de quão rápido os erros nos dados
iniciais crescem em um modelo numérico. Esta
questão de predicabilidade foi fundamental no
critério dos sistemas de observação.

O sucesso do Experimento Meteorológico Global
foi conquistado com a colaboração de muitos
cientistas, organizações, financiamentos e novas
tecnologias. Contudo, entre os participantes do
experimento sabe-se que se existe alguém que
teve um papel crucial: Jule Charney.




Jule Charney morreu de câncer, em Boston, em 16
de junho de 1981.

Série sobre Charney baseada no texto de Norman Phillips
Fonte: The National Academies Press

Jule Charney - Parte VII: Além da Ciência

Além de uma enorme lista de honras, publicações e
orientações, Charney se ocupava com outras atividades.
Uma das primeiras coisas que ele fez quando chegou
ao MIT foi organizar com W. Malkus um informal
seminário quinzenal. Estes encontros ocorriam às
tardes de sextas-feiras e gradualmente envolviam
pessoas do departamento de meteorologia,
geografia e matemática do MIT. Todos os tipos
de problemas de dinâmica dos fluidos de
possível relevância para a meteorologia e
oceanografia eram divertidamente discutidos.
Esta série de seminários durou 22 anos.






As aulas ministradas por Charney não tinham
uma performance tradicionalmente didática. Mas
todos os estudantes que tiveram a sorte de tê-lo
como orientador receberam três conceitos
fundamentais para a pesquisa científica: entusiasmo,
rigor e uma obrigação de comparar a teoria com
o mundo real sempre que possível.






Fonte: The National Academies Press

Jule Charney - Parte VI: Espectro de Energia

Em 1971, Charney mostrou que o movimento
quase-geostrófico tridimensional deveria ter um
espectro de energia similar ao do escoamento
bidimensional. Este conceito um tanto abstrato
está relacionado a um dos mais importantes fatos
sobre a nossa atmosfera e, assim, sobre a meteorologia
como ciência. O espectro de energia neste tipo
de escoamento tende a ser muito agudo, com a
densidade de energia sendo representada pelo
número de onda elevado à -3.

As conseqüências desta pesquisa
foram claramente descritas por Tennekes em 1978.
Este tipo de formato de espectro leva a campos
muito mais estáveis do que os encontrados em
outros tipos de turbulência. Sem esta relativa estabilidade
(suavidade), as redes de observação não seriam suficientes
para permitir previsões simples por extrapolação.





Em 1975, Charney apresentou para a Real Sociedade
de Meteorologia a palestra “Dynamics of deserts and
drough in the Sahel”, cuja pesquisa demandou uma
comparação com o mundo real e contou com a
colaboração de cientistas do Instituto Goddard
para Estudos Espaciais de Nova York. O seu
modelo de circulação geral foi usado para este
propósito.

Fonte: The National Academies Press

Jule Charney - Parte II: A Tese

Na sua tese, Charney, assim como Solberg,
analisou as pequenas perturbações em um estado básico.
Contudo, ambos estudos diferiram em dois pontos: Enquanto
Solberg suspeitava de qualquer tentativa de simplificação
das equações, Charney sugeriu que uma simplificação
inteligente não só era necessário para se chegar na solução
como também ajudava no entendimento dos processos
físicos. Foi este ponto que o fez ter sucesso no
desenvolvimento dos modelos de previsão numérica do
tempo. Ao contrário do modelo barotrópico de Rossby,
o trabalho de Charney não era baseado em simplificações
intuitivas.


O segundo ponto que difere o trabalho de Charney do
de Solberg se refere ao fato da sua ignorância com
relação à frente polar. Por alguns anos, após a
publicação da tese de Charney, a principal vantagem
desta diferença era que enquanto o problema
de Charney tinha solução, o modelo de frente
polar descontínua continuava intratável. Posteriormente,
o trabalho de Stone, Williams, Hoskins e Bretherton
mostrou que descontinuidades de caráter frontal
eram formadas por ondas longas em desenvolvimento.
Assim, a frente passou a ser considerada mais uma
criação da onda longa do que sua criadora.

Nessa época, um estudo similar de instabilidade de
onda longa foi feito por Eric Eady na Inglaterra. Quase
que por acidente, Eady e Charney se encontraram na
Noruega, em 1947, e tornaram-se bons amigos.




Fonte: The National Academies Press

Jack Bjerknes

O trabalho de Jakob Bjerknes sobre a teoria frontal
e ciclones ganhou muita atenção da comunidade
científica nas décadas de 20 e 30. Muitos meteorologistas
foram à Bergen aprender sobre o assunto. Jakob
palestrou extensivamente pelo mundo todo. Durante sua
viagem aos EUA em 1939, acompanhado de sua família,
para uma série de 8 meses de palestras, estourou
a guerra na Europa. Assim, Bjerknes decidiu permanecer
nos EUA ao invés de voltar para a Noruega, que havia
sido invadida pela Alemanha.

Com a situação ameaçadora na Europa e Ásia, os
Militares americanos entenderam que para apoiar
a força aérea, crucial em uma guerra, seria necessário
que o país tivesse com um número considerável de
meteorologistas. Sabedores do conhecimento de Bjerknes,
os americanos pediram a Jakob, agora Jack, que
organizasse uma escola de treinamento para oficiais
meteorologistas da corporação aérea. Jack organizou
a escola na UCLA, em Los Angeles, por ser perto do
famoso Instituto Oceanográfico de Scripps.

Assim, Jack foi nomeado chefe da Seção de Meteorologia
no Departamento de Física da UCLA e convidou seu
velho colega Holmboe, que havia trabalhado com
Rossby no MIT, para fazer parte de seu time. Após a
guerra, assim como seu pai, ele criou um centro de
pesquisas meteorológicas: o Departamento de
Meteorologia da UCLA. O trabalho no departamento
primeiramente focou no problema do crescimento do
ciclone ao longo de uma onda em altos níveis, e seu
maior objetivo era a circulação geral da atmosfera. O
time conduziu extensivos estudos da atmosfera superior
(especialmente sobre a Corrente de Jato: na guerra, os
pilotos relataram que suas missões foram afetadas pelo
jato). Em 1952 ele usou fotografias tiradas por um
foguete em altos níveis, em um presságio do uso de
satélites na meteorologia.

No final dos anos 50, Jack renovou seu interesse na interação
oceano-atmosfera, principalmente no papel da Corrente
do Golfo no clima do Atlântico Norte. Além disso, percebeu
que o fenômeno El Niño atuava em uma escala maior que
a costa peruana, associando-o à Oscilação Sul e ao clima
global. Jack continuou sua pesquisa até sua morte em
1975.

Baseado no texto de Keith C. Heidorn

A Escola de Bergen: A Teoria de Frente Polar - Parte VI

Com o passar dos anos e do desenvolvimento do
modelo de ciclone frontal, a Escola de Bergen adquiriu
um status de superstar na comunidade meteorológica
durante o século XX, principalmente por contar
com pesquisadores como Carl Gustav Rossby, Sverre
Pettersen, Eric Palmén, Jorgen Holmboe e Carl
Godske. Além de espalhar seus conceitos pelo
mundo, o staff de Bergen também treinou diversos
meteorologistas estrangeiros que, assim, colaboraram
com a fama da escola norueguesa.

Vilhelm Bjerknes permaneceu no instituto até 1926,
quando se aposentou da cadeira do Departamento de
Mecânica Aplicada e Física Matemática da Universidade
De Oslo. Ele foi substituído por Harald Sverdrup. Em
1931, Sverdrup se aposentou, deixando a cadeira para
Jakob Bjerknes. Em 1939, Jakob foi para os Estados
Unidos, sendo substituído por Carl Godske.

Dora Grimes, do NOAA, em seu trabalho “Bjerknes,
like father, like son” observou várias semelhanças
entre a vida de pai e filho. Ambos eram filhos de
renomados físicos e atrasaram seus projetos pessoais
para prontamente apoiar as pesquisas de seus pais.
Ambos organizaram institutos de ensino e pesquisa,
e ambos tiveram seus trabalhos científicos
interrompidos por uma guerra mundial.



Jakob Bjerknes


Série sobre a Escola de Bergen baseada no texto de
Keith C. Heidorn


Fonte: www.islandnet.com

A Escola de Bergen: A Teoria de Frente Polar - Parte IV

A linha de convergência que separava o ar frio
do ar quente à oeste e norte de um centro de
baixa pressão, originalmente referida como squall
line, foi denotada frente fria, e a linha entre o ar
quente e o frio ao sul e sudeste da baixa,
originalmente referida como steering line, foi
denotada de frente quente. (A introdução do termo
frontal surgiu em 1920). Ambas as frentes foram
caracterizadas pela superfície frontal verticalmente
inclinada com ar frio por baixo, seguindo as
pesquisas do meteorologista austríaco Max
Margules.

O artigo também mostrou que onde o ar quente ascende
ao longo das superfícies inclinadas, bandas de nuvens e
precipitação se formam. O ar ascendente injeta energia
cinética ao ciclone, uma descoberta que concorda com
a teoria de Margules sobre a formação de ciclones,
publicada 15 anos antes. A pesquisa reforça a idéia que
em uma família de ciclones que segue a mesma trajetória,
a frente fria atrás de um ciclone atua como frente
quente de um novo ciclone à oeste.




Fonte: www.islandnet.com

A Escola de Bergen: A Teoria da Frente Polar - Parte III

Estabelecido o Instituto Geofísico de Bergen,
em 1917, Bjeknes percebeu que não tinha recursos
disponíveis para resolver totalmente o problema
da previsão numérica do tempo. Assim, focou seu
trabalho na previsão meteorológica, usando cartas
de superfície, com o objetivo de informar os
agricultores durante o verão. Dentre os previsores
estavam seu filho Jacob e Halvor Solberg.

Usando uma aprimorada rede de observações
meteorológicas que cruzavam a Noruega, Jacob
notou que as linhas de convergência tinham
um padrão característico quando associados com
ciclones extratropicais. Tais linhas de convergência
seriam posteriormente denotadas como frentes,
assim chamadas devido à analogia com as frentes
de batalha da Primeira Guerra Mundial.

Jacob organizou estas informações no artigo
“On the Structure of Moving Cyclones” escrito
no outono de 1918 (antes de Jacob completar 21
anos) e formalmente publicado em 1919.
Fonte: www.islandnet.com

A Escola de Bergen: A Teoria da Frente Polar - Parte I

Apesar de muito comuns, os termos frente fria e frente quente
não são tão velhos quanto parecem: tem menos de cem anos.
E se devem, principalmente, a um grupo de cientistas reunidos
na Noruega, conhecido na história meteorológica como a Escola
de Bergen.

A história se inicia com o físico norueguês Vilhelm Bjerknes,
no final do século XIX. Vilhelm nasceu em 14/03/1862 na cidade
de Kristiania, hoje capital Oslo.



Vilhelm Bjerknes concluiu seu mestrado em 1888 na Universidade
de Kristiania, seguindo as pesquisas de hidrodinâmica de seu pai,
professor de matemática da universidade. Depois, foi
à Paris, trabalhar em difusão de onda elétrica com Jules Poincaré.
Tal trabalho o levou à Bonn, Alemanha, para junto de Heinrich
Hertz pesquisar sobre ressonância elétrica e,
consequentemente, no desenvolvimento do rádio, em 1890.
Voltou para a Noruega em 1892 e completou seu doutorado
em eletrodinâmica.


Apesar do tema de seu doutorado, a hidrodinâmica
voltou a ser seu principal interesse. Trabalhando com
dois teoremas primitivos de circulação derivados por
dois cientistas, o físico e matemático britânico William
Thomson Kelvin e o físico alemão Hermann Helmholtz,
Bjerknes entendeu que estes teoremas forneciam
conceitos vitais aos movimentos dos maiores sistemas
fluidos do planeta: a atmosfera e o oceano. A partir deles,
Bjerknes percebeu que os movimentos atmosféricos
poderiam ser matematicamente entendidos quando
a hidrodinâmica era combinada com a termodinâmica.

Bjerknes obsevou que aplicando expressões matemáticas
aos teoremas de circulação se chegava à solução do
problema físico-matemático, ou seja, a previsão do
tempo. Em um artigo em 1904 ele propôs que, dada
informação suficiente sobre o estado atual da atmosfera,
seu estado futuro poderia ser previsto. Este foi o primeiro
sinal do que viria a ser a previsão numérica do tempo.

Fonte: www.islandnet.com