O geopotencial é o trabalho (ou energia) necessário para superar a força da gravidade e mover um certo volume de ar de massa unitária para cima, do nível do mar para uma certa altitude. Quanto maior for o “esforço” que o ar tem de fazer para subir, maior será o valor geopotencial, ou seja, o efeito de compressão descendente exercida pela própria massa de ar, o que inibirá a formação de nuvens e favorecerá um aumento da temperatura do ar. Isto é o que normalmente acontece em boas condições climatéricas.
Em meteorologia, é essencial conhecer a altura geopotencial das superfícies a pressão atmosférica constante, que são representadas em grande escala por isolineas ou isohypses. Análises de pressão constante das cartas meteorológicas a 850 hPa e 500 hPa são fundamentais para compreender a circulação das massas de ar que ocorre nas várias altitudes superiores da atmosfera. O valor da altura geopotencial a um dado valor de pressão corresponde à altitude acima do nível do mar em que este valor bárbaro é registado.
Geralmente, valores elevados de altura geopotencial conduzem a condições de alta pressão e também a valores mais elevados de temperatura isotérmica; baixos valores de altura geopotencial encontram-se na presença de baixa pressão e temperaturas isotérmicas mais baixas (contudo, deve ser feita uma excepção para os anticiclones térmicos sazonais, tais como o anticiclone da Gronelândia e o anticiclone da Sibéria e da Rússia, onde a pressão é muito elevada, mas por outro lado, as temperaturas extremamente baixas registadas nos mesmos contextos equilibram a altura geopotencial para valores relativamente baixos). Tudo isto pode ser explicado pelo gradiente vertical bárbaro mais negativo presente nas colunas de ar frio, em comparação com o encontrado nas colunas de ar mais quente: à mesma altitude, a pressão atmosférica numa coluna de ar mais frio é inferior à de uma coluna de ar mais quente.
Devido a um efeito mecânico (força de Coriolis), no hemisfério norte a circulação das massas de ar em altitude ocorre no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio em torno do valor mínimo da altura geopotencial (isto é graficamente visível sobretudo em estruturas de muito baixa pressão, como no caso dos furacões), o que corresponde a uma área de baixa pressão em altitude; pelo contrário, as correntes são dispostas no sentido dos ponteiros do relógio em torno do valor máximo da altura geopotencial. A observação de mapas de altura geopotencial a 850 hPa e 500 hPa permite estabelecer a circulação atmosférica a diferentes altitudes, identificar a posição dos sistemas frontais e calcular o seu movimento a fim de elaborar previsões meteorológicas; a este respeito, estes mapas têm prioridade sobre os mapas isobáricos ao nível do mar.
É salientado que a altura geopotencial corresponderia à altura real se a força da gravidade ‘g’ e a aceleração devida à rotação da terra fossem constantes em todo o lado na terra. A altura geopotencial tem isto em conta. Na mesma altura geopotencial, na ausência de qualquer perturbação, a pressão seria constante (enquanto que não é para a verdadeira). Portanto, faz sentido, para variações de pressão devidas a factores meteorológicos, referir-se à altura geopotencial em vez da verdadeira altura.
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