História da Meteorologia

Povos antigos prediziam o tempo com base na observação dos astros. Por meio do movimento do Sol, das estrelas e dos planetas, os antigos egípcios podiam prever as estações e as cheias do rio Nilo, tão essenciais para a sobrevivência do povo egípcio.Entretanto, a história da meteorologia pode ser traçada a partir da Grécia Antiga. Aristóteles é considerado o pai da meteorologia, e em 350 a.C., escreveu o livro “meteorológica”, onde descreve com razoável precisão o que nós conhecemos atualmente como o ciclo da água, e esboçou que o planeta é dividido em cinco zonas climáticas: a região tórrida em torno do equador, duas zonas frígidas nos pólos e duas zonas temperadas. No século IX, o naturalista curdo Al-Dinawari escreve o Livro das Plantas, onde detalha as aplicações da meteorologia na agricultura; naquele momento histórico o mundo islâmico vivia uma revolução agrícola significativa. Al-Dinawari, no seu livro, descreve o céu, os planetas, as constelações, o Sol e a Lua, as fases lunares e destacou as estações secas e úmidas. Também detalhou fenômenos meteorológicos, como o vento, tempestades, raios, neves, enchentes, vales, rios, lagos, poços e outras fontes de água.

Em 1021, o árabe Alhazen escreveu sobre a refração atmosférica da luz e mostrou que a refração atmosférica da luz solar acontece apenas quando o disco solar está a 18° ou menos abaixo da linha do horizonte. Com base nisto, Alhazen, utilizando também recursos complexos de geometria, concluiu que a altura da atmosfera terrestre deveria ser de aproximadamente 79 km, o que é bastante razoável com os resultados atuais. Alhazen também concluiu que a atmosfera reflete a luz, pelo fato de que as estrelas menos brilhantes do céu começam a desaparecer quando o sol ainda está 18° abaixo da linha do horizonte, indicando o término do crepúsculo ou o início do amanhecer.8 Em 1121, Al-Khazini, cientista muçulmano de origem greco-bizantina, publicou o Livro do Equilíbrio da Sabedoria, o primeiro estudo sobre o equilíbrio hidrostático. No século XIII, o germânico Alberto Magno foi o primeiro a propor que cada gota de chuva tinha a forma de uma pequena esfera, e que esta forma significa que o arco-íris é produzido pela luz que interage com cada gotícula de chuva. O filósofo inglêsRoger Bacon foi o primeiro a calcular o tamanho angular do arco-íris e afirmou que o topo do arco-íris não pode se erigir mais do que 42° acima do horizonte. No final do século XIII e início do século XIV, o alemão Teodorico de Freiberg e o persa Kamal al-Din al-Farisi continuaram o trabalho de Alhazen, e foram os primeiros a dar as explicações coerentes para o fenômeno do arco-íris.Entretanto, Teodorico vai mais longe e explica também o arco-íris secundário.

Edmond Halley concluiu que os fenômenos atmosféricos são derivados do aquecimento solar

Em 1441, o filho do rei coreano Sejong, o príncipe Munjong, inventou o primeiro pluviômetropadronizado. Vários pluviômetros foram enviados em todo o território dominado peladinastia Joseon como uma ferramenta oficial para o recolhimento de impostos, com base no potencial de colheita que uma área fértil poderia oferecer. Em 1450, o italiano Leone Battista Alberti desenvolveu um anemômetro de placa oscilante, que ficou conhecido como o primeiro registro histórico de um instrumento capaz de medir a velocidade do vento. Em 1494, Cristóvão Colombo experimenta em sua navegação um ciclone tropical, o que leva ao primeiro relato escrito por um europeu de um furacão. Em 1592, Galileu Galilei construiu o primeiro termoscópio, que via a elevação de uma coluna de óleo num tubo capilar com a elevação da temperatura. Em 1611, Johannes Kepler escreve o primeiro tratado científico sobre cristais de neve: Strena Seu de Nive Sexangula ("Neve Hexagonal, uma Dádiva de Ano Novo").Em 1643, o italiano Evangelista Torricelli inventou o barômetro de mercúrio.Em 1648, o francês Blaise Pascal redescobre que a pressão atmosférica diminui com a altura, e deduz que existe um vácuo acima da atmosfera.Em 1654, Ferdinando II de Medici estabeleceu a primeira rede de observação do tempo, que consistia de estações meteorológicas em Florença, Cutigliano, Vallombrosa, Bolonha, Parma, Milão, Innsbruck,Osnabrück, Paris e Varsóvia. Os dados coletados eram enviados para a central em Florença, em intervalos regulares de tempo.Em 1662, o inglês Christopher Wren inventou o pluviômetro basculante de drenagem automática.Em 1686, o inglês Edmund Halleyapresenta um estudo sistemático dos ventos alísios e das monções e identifica o aquecimento solar como a causa dos movimentos atmosféricos. Em 1716, Halley sugere que auroras boreais e austrais são causadas por "eflúvios magnéticos" que se deslocam ao longo das linhas do campo magnético da Terra.

Em 1714, o alemão Gabriel Fahrenheit cria uma escala confiável para medir a temperatura com um termômetro de mercúrio. Em 1735, o inglês George Hadley elabora uma explicação ideal para a circulação atmosférica global por meio do estudo dos ventos alísios. Em 1738, o holandês Daniel Bernoulli publicou o livro Hidrodinâmica, iniciando a teoria cinética dos gases e estabeleceu as leis fundamentais da teoria dos gases.Em 1742, o astrônomo sueco Anders Celsius sugere que a escala centígrada para a medição da temperatura seria mais adequada, o que seria o antecessor da escala Celsius atual.No ano seguinte, quando o americano Benjamin Franklin é impedido de assistir a um eclipse lunar por um furacão, Franklin concluiu que os furacões se locomovem no sentido contrário de seus ventos.Em 1761, o escocês Joseph Black descobriu que o gelo absorve calor sem alterar sua temperatura no momento da fusão.Em 1772, o estudante Daniel Rutherford descobre o nitrogênio, que ele chama de "arflogistado", que seria o resíduo gasoso de uma combustão, segundo a teoria do flogisto.Em 1777, o francês Antoine Lavoisierdescobriu o oxigênio e desenvolve uma explicação para a combustão, e no seu livro de 1783, intitulado Réflexions sur le phlogistique, Lavoisier despreza a teoria do flogisto e propõe uma teoria calórica.

A invenção do telégrafo permitiu uma revolução no intercâmbio de dados meteorológicos, proporcionando o surgimento das primeiras redes de observação meteorológica

Ainda em 1783, o primeiro higrômetro de cabelo é apresentado pelo suíço Horace-Bénédict de Saussure.Em 1802-1803, o inglês Luke Howard escreve o livro Sobre a Modificação das Nuvens em que ele atribui nomes latinos aos vários tipos de nuvem.Em 1804, o escocês John Leslie observa que uma superfície negra e fosca irradia calor com mais eficiência do que uma superfície polida, o que sugere a importância da radiação de corpo negro;o comportamento da atmosfera depende também do calor irradiado pelos continentes e oceanos. Em 1806, o inglês Francis Beaufort introduziu seu sistema de classificação da velocidade do vento, conhecido atualmente como escala Beaufort.Em 1808, o inglês John Dalton defende a teoria calórica em um novo sistema químico, e descreve as combinações da matéria, especialmente gases, e ainda propõe que a capacidade térmica dos gases varia inversamente com o peso atômico.Em 1824, o francês Nicolas Léonard Sadi Carnot analisa a eficiência dos motores a vapor usando a teoria calórica e desenvolve a noção de reversibilidade e, ao postular que tal coisa não existe na natureza, estabelece as bases para a segunda lei da termodinâmica.A chegada do telégrafo elétrico em 1837 permitiu, pela primeira vez, um método prático para a rápida coleta de dados meteorológicos de superfície de uma grande área. Tais dados poderiam ser usados para produzir mapas atmosféricos de superfície e estudar como a atmosfera evolui ao longo do tempo.Para fazer sucessivas previsões meteorológicascom base nesses dados, seria necessária uma rede confiável de observação atmosférica, mas isso não foi possível até 1849, quando o Smithsonian Institute começou a estabelecer uma rede de observação nos Estados Unidos sob a liderança de Joseph Henry.

O escritório de meteorologia de Robert FitzRoy tornar-se-ia a primeira agência meteorológica do mundo, a Agência Meteorológica do Reino Unido

Redes semelhantes de observação atmosférica foram estabelecidas na Europa nesta época. Em 1854, o Governo do Reino Unido designou Robert FitzRoy para o novo escritório do Meteorological Statist to the Board of Trade, com o papel de reunir observações meteorológicas no mar.O escritório de FitzRoy tornou-se a Agência Meteorológica do Reino Unido em 1854, o primeiro serviço nacional de meteorologia em todo o mundo.Em 1856, o americano William Ferrel propôs a existência de uma célula de circulação em latitudes médias, e o ar seria então defletido para leste para criar os ventos do oeste.No final do século XIX, toda a extensão da interação em larga escala da força de gradiente de pressão e força de deflexão, que faz com que as massas de ar se movam ao longo de isóbaras, foi entendida.Ainda neste momento, os primeiros atlas de nuvens foram publicados, incluindo o International Cloud Atlas, que se ativo na imprensa desde então.As primeiras previsões diárias do tempo diárias feitas pelo escritório de FitzRoy foram publicadas no jornal The Times em 1860. No ano seguinte foi introduzido um sistema de aviso de tempestades, baseado em içamento de cones, nos principais portos ingleses.Durante a segunda metade do século XIX, muitos países estabeleceram serviços meteorológicos nacionais. O Departamento Meteorológico da Índia (1875) foi fundado como consequência da passagens de sucessivos ciclones tropicais e severas monções, que estiveram relacionados com a fome nas décadas anteriores. O Escritório Central Finlandês de Meteorológica (1881) foi fundado como parte do Observatório Magnético daUniversidade de Helsinque.O Observatório Meteorológico do Japão em Tóquio foi o precursor da Agência Meteorológica do Japão e iniciou a elaboração de mapas meteorológicos de superfície em 1883.A Agência de Meteorologia dos Estados Unidos (1890) foi estabelecida sob a tutela doDepartamento de Agricultura dos Estados Unidos. A Agência Australiana dos Estados Unidos (1906) foi estabelecida por lei para unificar os serviços meteorológicos estaduais existentes.

O modelo norueguês de ciclones, formulado pela equipe liderada por Vilhelm Bjerknes, comparado ao modelo Shapiro-Keyser de ciclones

Em 1904, o cientista norueguês Vilhelm Bjerknes foi o primeiro a argumentar em seu artigoA Previsão do Tempo como um Problema de Mecânica e de Física que a previsão do tempo deveria ser possível a partir de cálculos baseados em leis naturais. Mas apenas no final do século XX que os avanços na compreensão da física atmosférica levaram à fundação da previsão numérica do tempo. A compreensão cinemática de como exatamente a rotação da Terra afeta a circulação atmosférica global ainda não era completa no século XIX. O francês Gustave-Gaspard Coriolis publicou um artigo em 1835 sobre a produção de energia das máquinas com peças rotacionais, tais como rodas d'água. Entretanto, somente em 1912 descobriu-se a presença desta força na atmosfera. Logo após a Primeira Guerra Mundial, um grupo de meteorologistas na Noruega, liderada por Vilhelm Bjerknes, desenvolveu o modelo norueguês de ciclones, que explica a geração, intensificação e o final do ciclo de vida de ciclones extratropicais, introduzindo a idéia de frentes, ou seja, as fronteiras bem definidas entre as massas de ar. O grupo norueguês de pesquisas meteorológicas incluía Carl-Gustaf Rossby, que foi o primeiro a explicar o escoamento atmosférico em grande escala segundo a dinâmica de fluidos, Tor Bergeron, quem determinou pela primeira vez o mecanismo pelo qual se forma a chuva, e Jacob Bjerknes. Em 1922, o inglês Lewis Fry Richardson publicouPrevisão do Tempo por Processos Numéricos, após reunir notas e derivações durante o período no qual ele trabalhou como motorista de ambulância na Primeira Guerra Mundial. Richardson observou que pequenos termos nos prognósticos das equações envolvendo a dinâmica de fluidos na atmosfera terrestre poderiam ser desprezados, e de como soluções numéricas do tempo poderiam ser encontrados ao relacionar graficamente as variáveis atmosféricas no tempo e espaço. Entretanto, o grande número de cálculos necessários era grande demais para ser concluído sem o uso de computadores, e o tamanho da rede meteorológica e a distância entre uma estação meteorológica e outra, além dos grandes intervalos de tempo utilizados nos cálculos levaram a resultados pouco realísticos nas análises de fenômenos meteorológicos em fortalecimento. Mais tarde, concluiu-se que tais resultados pouco realísticos eram devido às instabilidades numéricas.

A primeira imagem televisionada da Terra, capturada pelo satélite meteorológico TIROS-1

A partir de 1950, tornaram-se viáveis as previsões numéricas por meio de computadores. As primeiras previsões do tempo derivadas de operações computacionais usaram modelos barotrópicos, ou seja, usavam apenas a variáveis da pressão atmosférica, que prediziam com razoável sucesso a evolução de áreas de alta ou baixa pressão.

Em 1960, a natureza caótica da atmosfera foi observada pela primeira vez e matematicamente descrita por Edward Lorenz, fundador da teoria do caos. Estes avanços levaram ao uso atual da previsão conjunta na maioria dos grandes centros de previsão, e a levar em conta a incerteza decorrente da natureza caótica da atmosfera. Nos últimos anos, modelos climáticos têm sido desenvolvidos, que apresentam uma resolução comparável aos antigos modelos de previsão do tempo. Tais modelos climáticos são usados para investigar mudanças climáticas em longo prazo, tais como os efeitos que podem ser causados por emissões humanas de gases do efeito estufa. No abril daquele ano, foi lançado com sucesso o primeiro satélite meteorológico de sucesso, o TIROS-1, e marcou início da era em que as informações meteorológicas tornaram-se disponíveis a nível global.