O que são ondas de gravidade?

Alguns fenômenos atmosféricos observados a olho nu, dão indícios de que a atmosfera apresenta um comportamento ondulatório. Quem mora próximo de locais montanhosos, certamente é convencido disso. Embora pareça loucura, inúmeros fenômenos do nosso tempo e clima se comportam como ondas, desde a pequena escala (onde você mora) até a escala global.

É provável que em algum momento, você já tenha presenciado um céu intercalando regiões de nuvens com regiões sem nuvens. Esse aspecto da nebulosidade evidencia um escoamento perturbado, frequentemente observado próximo a montanhas. Mas o que faria as parcelas de ar oscilarem de maneira senoidal na atmosfera?

Considerando o twitter abaixo de exemplo, tudo começa quando a atmosfera está estavelmente estratificada, ou seja, camadas de ar frio estão situadas abaixo de camadas de ar mais quente na troposfera. A região de interface entre essas camadas de ar de diferentes densidades, é onde está o nível de equilíbrio do movimento vertical, sendo esse o local preferencial para o desenvolvimento das ondas de gravidade interna.

Caso a atmosfera esteja na configuração mencionada acima, um fluxo básico (sem perturbação) a barlavento de uma montanha apresentará perturbação (ondas de gravidade) a sotavento. Isso porque a montanha age como um obstáculo ao fluxo, tirando o escoamento do seu nível de equilíbrio a jusante. Quando as parcelas de ar descem abaixo desse nível, se tornam mais quentes que o ar ambiente e sobem. Ao subirem, se tornam mais frias que o ar ambiente e descem, e assim oscilam adiabaticamente ao longo do escoamento.

E como ocorre a formação das nuvens orográficas associadas as ondas de gravidade? As nuvens orográficas mais comuns pertencem aos gêneros Cumulus, Altocumulus e Stratocumulus. A nuvem Pileus no topo da montanha, se forma quando uma corrente de ar estável e úmida é forçada a subir a barlavento, se resfriando até o ponto de saturação. A nuvem permanece estacionária sobre o pico da montanha enquanto o escoamento fluir através dela, evaporando à medida que o ar desce a sotavento. Vale a pena lembrar que os Pileus são nuvens da espécie lenticular.

Com relação as nuvens Pileus formadas a jusante da montanha, as ondas estacionárias provocam a condensação do vapor d’água nas regiões de cristas e a evaporação da água líquida nos vales. No entanto, a subida e a descida das parcelas de ar, entorno do nível de equilíbrio, ocorrem devido as mudanças de pressão e temperatura das mesmas, onde a força restauradora do sistema é o empuxo (Buoyancy).

A sotavento da montanha e próximo a superfície, o fluxo perturbado apresenta cisalhamento vertical do vento e, portanto, produção de vorticidade horizontal. A rotação do vento associada as ondas de gravidade são responsáveis pela formação das nuvens rolo, um tipo de stratocumuculus estacionário e com rotação.