Chuva

Saturação e condensação

O vapor de água se mistura ao ar em quantidades que mudam com a temperatura e a umidade do ambiente. Uma maneira de medir quanto vapor há no ar é a razão de mistura: a massa do vapor em gramas para cada quilograma de ar seco, ou g/kg. Outra medida é a umidade relativa do ar, porcentagem da quantidade máxima de vapor que o ar pode conter a certa temperatura. O ar mais quente pode conter mais vapor antes de atingir a saturação. Quando esfria, uma parcela de ar úmido pode chegar a esse limite.

Quando o ar atinge a saturação, podem formar-se nuvens, conjuntos de pequenas partículas visíveis de água ou gelo suspensas na atmosfera. Uma forma de saturar uma parcela de ar é resfriá-la até o ponto de orvalho.

O ar pode chegar ao ponto de orvalho de quatro maneiras. Quando sobe e se expande, ocorre o resfriamento adiabático. A subida pode resultar de convecção, movimentos atmosféricos de grande escala ou de uma barreira como uma montanha. O resfriamento por condução se dá no contato com uma superfície mais fria, por exemplo quando o vento leva ar úmido sobre uma superfície terrestre fria. O resfriamento radiativo decorre da emissão de radiação infravermelha pelo ar ou pela superfície abaixo dele. O resfriamento evaporativo ocorre quando a evaporação acrescenta umidade ao ar, reduzindo sua temperatura até a temperatura de bulbo úmido ou até a saturação.

O vapor de água chega às regiões de ar ascendente pela convergência dos ventos, pela evaporação de gotas de precipitação que caem de camadas mais altas sem chegar ao solo, pela evaporação de oceanos, outros corpos d'água e solos úmidos aquecidos durante o dia, pela transpiração das plantas, pelo deslocamento de ar frio ou seco sobre águas mais quentes e pela elevação do ar sobre montanhas. O vapor costuma começar a se condensar sobre núcleos de condensação, como poeira, gelo e sal.

Crescimento das gotas

A coalescência ocorre quando gotículas se unem e formam gotas maiores. Por serem pequenas, as gotículas podem permanecer na nuvem, sustentadas também pelas correntes ascendentes. Quando colidem, crescem e podem se unir em gotas maiores.

Enquanto descem, as gotas podem continuar a crescer até vencer a resistência do ar e cair como chuva. Quando o crescimento ocorre por colisão e coalescência de partículas líquidas, recebe o nome de processo de chuva quente. Esse processo também pode ocorrer em nuvens com regiões abaixo de zero.

Em nuvens abaixo da temperatura de congelamento, cristais de gelo também caem quando ganham massa suficiente. Esse crescimento costuma exigir mais massa que a coalescência entre gotículas. As gotículas de água super-resfriada só existem nas partes da nuvem abaixo de zero. Como pode haver grande diferença de temperatura entre a nuvem e o solo, os cristais podem derreter durante a queda e chegar como chuva.

Algumas nuvens se dissipam antes que suas gotículas cresçam o bastante para cair. Em outras, a precipitação começa a descer, mas evapora antes de chegar ao solo, fenômeno chamado virga. Por isso, uma nuvem sobre determinado lugar nem sempre traz chuva à superfície.

Chuva e outras formas de precipitação

Se a precipitação atravessa uma camada espessa de ar acima de zero grau, a neve e os grânulos de gelo derretem antes de chegar ao solo, e a água cai como chuva. Se uma camada rasa junto à superfície permanecer abaixo de zero, a água pode congelar ao tocar o chão, produzindo chuva congelada. A altura do nível de congelamento também determina quanto do granizo derrete antes de chegar ao solo. Granizo grande encontra condições muito favoráveis quando o nível de congelamento fica abaixo de cerca de 3.350 m, embora sua formação também dependa de outros fatores.

Virga

Em certas condições, a precipitação deixa a nuvem mas evapora ou sublima antes de chegar ao solo. Esse rastro é chamado de virga e também pode ser chamado de rastro de precipitação. O termo pode designar ainda uma mudança aparentemente abrupta no brilho da precipitação sob uma nuvem. É comum em regiões quentes e áridas, mas também foi observada em Ny-Ålesund, no Ártico e na Antártida. Há ocorrências em outros planetas, entre eles Marte e Vênus.

Frentes meteorológicas

Perto de uma frente, o ar pode subir lentamente, às vezes apenas alguns centímetros por segundo, em sistemas de escala sinótica. A chuva resultante pode se espalhar por uma área extensa com intensidade relativamente uniforme, caso da precipitação estratiforme, ou variar muito em distâncias curtas, caso da precipitação dinâmica ou convectiva. Esse movimento ocorre perto de frentes frias e de frentes quentes à superfície, inclusive no lado voltado para os polos. Há ascensão semelhante ao redor de ciclones tropicais, fora da parede do olho, e nos padrões de precipitação em forma de vírgula dos ciclones de médias latitudes.

As partes elevadas das frentes meteorológicas, estruturas tridimensionais, forçam a ascensão do ar em áreas extensas e produzem camadas de nuvens como altostratus e cirrostratus. Nuvens stratus formam uma camada estável quando uma massa de ar frio fica sob uma massa quente. Também podem se formar quando o vento eleva o nevoeiro de advecção.

Ao redor de áreas de baixa pressão que já passaram por outras fases, pode formar-se uma frente oclusa. Sua passagem pode trazer trovoadas e outras condições meteorológicas, geralmente seguidas de ar mais seco.

Convecção

Quando o ar quente e úmido sobe, nuvens como os cumulonimbus e cumulus congestus podem produzir chuva convectiva, em pancadas cuja intensidade muda rapidamente. Como essas nuvens têm extensão horizontal limitada, a precipitação cobre uma área restrita por pouco tempo. Grande parte da precipitação nos trópicos parece ser convectiva, embora também haja precipitação estratiforme. Graupel e granizo indicam convecção. Em latitudes médias, a precipitação convectiva é intermitente e muitas vezes acompanha frentes frias, linhas de instabilidade e frentes quentes.

Efeitos orográficos

Quando o vento leva ar úmido até uma montanha, esse ar sobe pela encosta de barlavento, resfria-se adiabaticamente e pode se condensar. A chuva formada desse modo é a precipitação orográfica. Em regiões montanhosas com ventos relativamente constantes, como os ventos alísios, a encosta de barlavento costuma ser mais úmida que a de sotavento. Parte da umidade precipita durante a subida, deixando ar mais seco para a encosta descendente, que em geral se aquece e forma uma sombra de chuva.

No Havaí, o monte Waiʻaleʻale, na ilha de Kauai, figura entre os lugares de precipitação mais elevada. As tempestades Kona trazem chuvas fortes ao estado entre outubro e abril. O relevo de cada ilha produz diferenças climáticas entre as regiões de barlavento, chamadas Koʻolau, e as de sotavento, chamadas Kona. As primeiras recebem os alísios de leste e nordeste e têm mais chuva. As segundas são mais secas e ensolaradas.

Na América do Sul, a cordilheira dos Andes bloqueia parte da umidade vinda do Pacífico, produzindo clima semelhante ao desértico na região a sotavento do oeste da Argentina. A Sierra Nevada produz efeito semelhante na América do Norte, relacionado às regiões secas da Grande Bacia e do Deserto de Mojave.

Em latitudes extratropicais, rios atmosféricos transportam vapor de água em faixas relativamente estreitas. Quando persistem sobre uma bacia e o ar úmido é forçado a subir, podem produzir chuva intensa e enchentes.

Ciclones tropicais

Com centenas de quilômetros de extensão, ciclones tropicais têm um centro de baixa pressão para o qual convergem os ventos e podem trazer chuva muito intensa. No entorno desse centro, os ventos giram no sentido horário no hemisfério sul e anti-horário no hemisfério norte. Embora possam causar perdas humanas e materiais, também levam chuva necessária a regiões que, fora de sua passagem, são secas. Algumas áreas recebem durante a passagem de um ciclone o equivalente à precipitação de um ano.

Faixas de precipitação

Nuvens e chuva podem se organizar em faixas de precipitação, áreas bem mais compridas que largas. Essas faixas podem ser estratiformes ou convectivas, e surgem de diferenças de temperatura. Em imagens de radar, o alongamento é chamado estrutura em bandas. Faixas à frente de frentes quentes e frentes oclusas quentes acompanham movimentos ascendentes fracos e costumam ser largas e estratiformes.

Faixas que se formam perto de frentes frias ou à sua frente podem ser linhas de instabilidade capazes de produzir tornados. Montanhas dispostas perpendicularmente à frente podem desviar essas faixas por meio da formação de uma corrente de ar de baixos níveis junto à barreira. Se houver umidade suficiente, bandas de trovoadas podem formar-se nas fronteiras das brisas marítimas e terrestres. Uma faixa de chuva produzida pela brisa marítima imediatamente à frente de uma frente fria pode dificultar a identificação da posição desta.

Quando um ciclone sofre oclusão, ventos fortes de sul em seu flanco leste giram em altitude ao redor dos lados nordeste e depois noroeste. Essa circulação, chamada esteira transportadora quente, pode estender um cavado de superfície para o setor frio em uma curva semelhante à da frente oclusa. O padrão de nuvens da média troposfera assume forma de vírgula, cuja extremidade mais larga recebe o nome de cabeça da vírgula. Nessa área pode ocorrer precipitação local forte e, se o ar estiver instável, trovoadas. Bandas dentro da cabeça da vírgula de ciclones extratropicais podem gerar grandes acumulados.

No outono e inverno, atrás de ciclones extratropicais, faixas podem se formar a sotavento de corpos d'água relativamente quentes, como os Grandes Lagos. Atrás de ilhas, a convergência de ventos em baixos níveis também pode produzir faixas de pancadas e trovoadas. Esse efeito foi observado ao largo da Califórnia após frentes frias.

Nos ciclones tropicais, as faixas de chuva são curvas. Suas pancadas e trovoadas, com a parede do olho e o próprio olho, compõem a estrutura de um furacão ou tempestade tropical. A extensão dessas faixas ajuda a estimar a intensidade do ciclone.

Chuva, pancada e tempestade

Uma chuva forte pode ocorrer sem raios, enquanto, numa trovoada, a precipitação pode nem chegar ao solo. As expressões abaixo se referem a aspectos diferentes do tempo.

Tamanho, forma e queda das gotas

Entre as gotículas de nuvem e as gotas maiores que caem no solo há uma ampla diferença de tamanho. Uma classificação meteorológica chama de chuvisco a precipitação com gotas menores que 0,5 mm e de chuva aquela com gotas de pelo menos 0,5 mm de diâmetro. Gotas muito grandes, próximas de 9 mm, tendem a se fragmentar. Gotículas de nuvem são esféricas. À medida que crescem, as gotas se tornam mais achatadas, com a maior seção transversal voltada para o ar que encontram na queda. As maiores lembram um pão de hambúrguer ou um paraquedas. Elas não têm a forma de lágrima com que costumam ser desenhadas.

Gotas medidas no Brasil em 1995 e nas Ilhas Marshall em 1999 chegaram a pelo menos 8,8 mm, talvez 10 mm. Elas podem ter crescido por colisões em pequenas regiões com muita água líquida. No caso brasileiro, partículas grandes de fumaça também podem ter favorecido o início desse crescimento. Gotas produzidas pelo derretimento de granizo tendem a ser maiores que as outras.

As gotas chegam ao solo em sua velocidade terminal, maior para as gotas grandes devido à relação entre massa e resistência do ar. Em ar parado, gotas de 0,5 mm caem a cerca de 2 m/s, ou 7,2 km/h, enquanto gotas de 5 mm chegam a aproximadamente 9 m/s, ou 32 km/h.

A chuva que cai sobre material pouco compactado, como cinzas recém-depositadas, pode deixar depressões fossilizáveis, chamadas marcas de gotas de chuva. Essas marcas fósseis, juntamente com o limite de tamanho que a densidade do ar impõe às gotas, permitem estimar limites para a densidade da atmosfera de 2,7 bilhões de anos atrás. O som das gotas ao atingir a água é produzido pela oscilação de bolhas de ar sob a superfície.

Durante ou logo depois da chuva, as gotas podem lançar no ar substâncias produzidas por plantas e absorvidas por rochas e solos. Elas participam do cheiro chamado petricor.

Distribuição dos tamanhos das gotas

Numa mesma chuva há muitas gotas pequenas e menos gotas grandes. A lei de Marshall–Palmer modela essa diferença por uma distribuição exponencial. Para ler a fórmula, ${\displaystyle D}$ é o diâmetro da gota e ${\displaystyle N(D)\,\mathrm {d} D}$ é o número de gotas por unidade de volume com diâmetro entre ${\displaystyle D}$ e ${\displaystyle D+\mathrm {d} D}$. A relação é ${\displaystyle N(D)=N_{0}e^{-\Lambda D}}$, em que ${\displaystyle N_{0}}$ é um parâmetro de escala e ${\displaystyle \Lambda }$ controla a rapidez com que o número de gotas diminui à medida que o diâmetro aumenta.

Esses parâmetros variam um pouco com a temperatura, e a inclinação da curva também depende da intensidade da chuva. No modelo clássico, essa dependência é dada por ${\displaystyle \Lambda =41R^{-0.21}}$, com ${\displaystyle D}$ em centímetros, ${\displaystyle \Lambda }$ em cm⁻¹ e ${\displaystyle R}$ em milímetros por hora.

Para gotículas pequenas ou condições específicas de chuva, os tamanhos podem se afastar da curva exponencial. A curva costuma se ajustar melhor às médias de precipitação. Já as distribuições de tamanhos medidas em um instante frequentemente se afastam desse padrão e podem ser modeladas por distribuições gama. A fragmentação impõe um limite superior ao tamanho das gotas.

Intensidade e duração

Uma pancada muito intensa costuma durar menos que uma chuva fraca e contínua. Essa relação inversa entre intensidade e duração aparece em muitos episódios de precipitação.

Para chamar uma chuva de fraca, moderada ou forte, mede-se quanta água cai em determinado intervalo. Os limites variam um pouco conforme a instituição:

• Chuva fraca: menos de 2,5 mm/h.
• Chuva moderada: de 2,5 a 7,6 mm/h em uma classificação, ou até 10 mm/h em outra.
• Chuva forte: acima de 7,6 mm/h em uma classificação, ou de 10 a 50 mm/h em outra.
• Chuva violenta: acima de 50 mm/h.

A capacidade da chuva de causar erosão depende, entre outros fatores, do acumulado e da intensidade e pode ser representada pelo fator R de erosividade da chuva. Já o índice n caracteriza a distribuição da chuva no tempo.

Composição química e acidez

Quando o dióxido de carbono do ar se dissolve nas gotas, a chuva costuma ficar ligeiramente ácida, com pH próximo de 5,6, devido à formação de ácido carbônico.

O químico escocês Robert Angus Smith investigou a acidez da chuva no século XIX. O pH da chuva varia com sua origem. No sudeste da Carolina do Norte, amostras de chuva apresentaram composições diferentes conforme o tipo de tempestade.

A acidez decorre principalmente de ácido sulfúrico (H₂SO₄) e ácido nítrico (HNO₃). O primeiro pode vir de vulcões, áreas úmidas com bactérias redutoras de sulfato, queima de combustíveis fósseis e mineração em locais com H₂S. O segundo pode vir de raios, bactérias do solo, incêndios naturais, queima de combustíveis e usinas elétricas. Em Wilmington, na Carolina do Norte, a acidez da precipitação diminuiu durante uma série de observações. A mudança foi relacionada à queda das emissões de dióxido de enxofre e de compostos orgânicos voláteis e ao aumento das emissões de amônia.

Além dos óxidos de enxofre e nitrogênio que participam da formação da chuva ácida, poluentes industriais e resíduos domésticos podem contaminar a água da chuva e prejudicar a vida aquática e a saúde humana.

Substâncias perfluoroalquiladas

Entre os PFAS encontrados na chuva estão o PFOA e o PFOS. Em amostras de diferentes partes do mundo, as concentrações desses dois compostos frequentemente ultrapassaram os valores de orientação dos Estados Unidos para água potável. A soma de quatro ácidos perfluoroalquilados também ficou muitas vezes acima do limite dinamarquês para esse tipo de água. O PFOS na chuva também ultrapassou um padrão europeu para águas superficiais, e a deposição pelo ar pode contaminar solos acima das diretrizes propostas nos Países Baixos. Para os quatro compostos examinados, a dispersão mundial foi interpretada como a ultrapassagem de um limite planetário. O ácido trifluoroacético é um dos PFAS mais disseminados no ambiente, em especial nos ecossistemas aquáticos, onde persiste e sua concentração global aumenta.

Parte desses ácidos retorna do oceano à atmosfera nos aerossóis formados pela arrebentação, podendo voltar com a chuva a regiões distantes. Os compostos também contaminam solos e foram encontrados em locais remotos como a Antártida.

Produtos de animais criados em áreas contaminadas podem ser uma via de exposição. Entre gestantes de New Hampshire, o consumo de ovos, café e arroz branco esteve associado a concentrações mais altas de certos PFAS no plasma ou no leite materno. Essa associação não demonstra que a chuva tenha contaminado os alimentos. Entre mais de 45 mil amostras de águas superficiais e subterrâneas reunidas numa análise mundial, parte ultrapassou padrões de potabilidade para PFAS. A proporção dependia do padrão adotado e da origem da contaminação. A contaminação também foi detectada em poços e em outras fontes de água potável nos Estados Unidos, Reino Unido, Alemanha, Japão e Canadá. Há poucos dados sobre a maioria dos países em desenvolvimento. Na África, a falta de dados também se relaciona ao custo dos laboratórios capazes de medir PFAS e às desigualdades socioeconômicas.

Como interpretar a chuva medida

Para entender a medida da chuva em milímetros, imagine toda a água caída distribuída em uma camada uniforme sobre uma superfície plana. A intensidade indica quanto essa camada cresceria por unidade de tempo, geralmente em milímetros por hora. A medição supõe uma superfície horizontal e impermeável, para que a água não escorra nem se infiltre. Uma precipitação de 1 mm equivale a um litro de água por metro quadrado.

Se caírem 10 mm de chuva, cada metro quadrado terá recebido 10 litros. Esse acumulado em uma hora equivale à intensidade média de 10 mm/h. Se a mesma água cair ao longo de dez horas, a média será de apenas 1 mm/h. O acumulado mede a água recebida, e a duração mostra a rapidez média da chuva.

Pluviômetros e observações à superfície

Para medir diretamente a água que cai em um lugar, usa-se um pluviômetro. Um recipiente cilíndrico de paredes retas, colocado ao ar livre, é uma opção simples e barata, embora a precisão dependa da régua usada. Pluviômetros padronizados podem ter um cilindro interno e outro externo para receber o transbordamento. Há também modelos de cunha, de báscula e de pesagem.

Medições feitas por voluntários podem ser enviadas pela internet a redes de observação como a CoCoRaHS e o programa GLOBE. Onde não houver rede, o serviço meteorológico mais próximo pode receber os dados.

Nas mensagens meteorológicas METAR, o código para chuva é RA e pancadas de chuva são SHRA.

Radar e satélites

Ao enviar ondas que retornam após atingir a precipitação, o radar meteorológico ajuda a estimar a chuva sobre grandes bacias hidrográficas. Dados de acumulados são usados no controle de enchentes, na gestão de redes de esgoto e no planejamento de barragens. As estimativas por radar complementam os dados de estações à superfície, que podem calibrá-las. O radar mede a intensidade do sinal refletido pela precipitação, chamada refletividade. A partir dela, estima-se a intensidade da chuva em cada ponto de uma malha. Uma das relações usadas para passar da refletividade à intensidade é

${\displaystyle Z=AR^{b},}$

em que ${\displaystyle Z}$ é a refletividade do radar, ${\displaystyle R}$ é a intensidade da chuva e ${\displaystyle A}$ e ${\displaystyle b}$ são constantes.

Satélites meteorológicos de órbita polar fornecem estimativas indiretas por meio de instrumentos de micro-ondas passivas. Produtos multissatélite também usam observações infravermelhas de satélites em órbita geoestacionária. Para obter o acumulado em um período, somam-se as estimativas sucessivas de cada célula da imagem.

Satélites da missão Global Precipitation Measurement fazem observações que o produto IMERG combina para estimar a precipitação em grande parte da Terra, inclusive sobre oceanos e regiões com poucos instrumentos em solo. Suas estimativas quase em tempo real são atualizadas a cada meia hora.

Previsão imediata e quantitativa

Para prever as próximas horas, a previsão imediata acompanha a evolução local do tempo desde a observação até cerca de seis horas adiante. Ela pode combinar dados de superfície, radar e satélites com modelos numéricos. Projetar para a frente o movimento observado das áreas de chuva é especialmente útil nas primeiras horas.

A previsão quantitativa de precipitação, conhecida pela sigla inglesa QPF, estima o volume de precipitação líquida que se acumulará em certa área e intervalo. A previsão é emitida quando se espera que a precipitação mensurável ultrapasse um limiar mínimo em alguma hora do período de validade. Costuma abranger intervalos delimitados por horários sinóticos como 00, 06, 12 e 18 UTC. O relevo é levado em conta por dados topográficos ou por registros climatológicos detalhados de precipitação. Desde a segunda metade da década de 1990, previsões quantitativas alimentam modelos hidrológicos usados para simular a resposta dos rios nos Estados Unidos.

Os modelos numéricos de previsão são sensíveis à umidade na camada limite planetária, a parte mais baixa da atmosfera, cuja umidade diminui com a altitude. A previsão pode indicar quantidades ou a probabilidade de uma quantidade específica. Técnicas baseadas em imagens de radar têm, em geral, maior capacidade preditiva que modelos numéricos nas primeiras seis ou sete horas após a imagem. Pluviômetros, estimativas por radar ou ambos podem servir para verificar as previsões e calcular índices de desempenho.

Tempo de retorno

Quando uma tempestade recebe o nome de chuva de cem anos, isso não significa que ela só pode acontecer uma vez a cada século. O tempo de retorno é o intervalo médio entre eventos de determinada intensidade e duração. Gráficos construídos com observações históricas de um lugar permitem estimar a intensidade de uma tempestade para diferentes durações e tempos de retorno. Uma tempestade de dez anos tem tempo de retorno de dez anos. Uma tempestade de cem anos é mais rara e pode produzir uma inundação mais severa.

Se a probabilidade anual for constante, a probabilidade de ocorrência em cada ano é o inverso do tempo de retorno: 10% para um evento de dez anos e 1% para um de cem anos. Eventos desse porte podem ocorrer em anos consecutivos. O termo não indica um intervalo fixo de cem anos entre eles.

Regimes de chuva e classificação climática

Para distinguir climas, a classificação de Köppen combina as médias mensais de temperatura e chuva. Na forma mais usada, há cinco grupos: o tropical (A), o seco (B), o temperado de latitudes médias (C), o frio de latitudes médias (D) e o polar (E). Há subdivisões, entre elas floresta tropical, monções, savana tropical, subtropical úmido, continental úmido, oceânico, mediterrânico, estepe, subártico, tundra, glacial e desértico.

As florestas tropicais úmidas têm precipitação elevada. As definições adotam limites mínimos de precipitação média anual entre 1.750 e 2.000 mm. A savana tropical é um bioma de pradaria em regiões de clima de semiárido a semiúmido, com 750 a 1.270 mm de chuva por ano. Ocorre na África, Índia, norte da América do Sul, Malásia e Austrália. Em climas subtropicais úmidos, a chuva de inverno acompanha grandes tempestades levadas pelos ventos do oeste. A maior parte da chuva de verão vem de trovoadas e, ocasionalmente, ciclones tropicais. Esses climas ocorrem no lado leste dos continentes, aproximadamente entre 20° e 40° de latitude.

O clima oceânico ocorre com frequência nas costas ocidentais de continentes em latitudes médias, junto a oceanos frios, e também no sudeste da Austrália, com chuva abundante ao longo do ano. O clima mediterrânico ocorre na bacia do Mediterrâneo, em partes do oeste da América do Norte, do oeste e sul da Austrália, do sudoeste da África do Sul e do centro do Chile. Tem verões quentes e secos e invernos frescos e úmidos. A estepe é uma pradaria seca. Climas subárticos são frios, têm pouca precipitação e podem apresentar permafrost.

Estações chuvosas e monções

Estações do ano

Quatro estações
Primavera · Verão Outono · Inverno
Estações de chuva e seca
Estação das chuvas Estação seca

Em algumas regiões, grande parte da chuva do ano se concentra em um ou mais meses, formando a estação chuvosa. No turismo, também se usa o eufemismo estação verde. Ocorre em partes dos trópicos e subtrópicos. Climas de savana e monção têm verão chuvoso e inverno seco. No clima equatorial, associado a muitas florestas tropicais, a chuva ocorre ao longo do ano sem uma estação seca pronunciada. Algumas regiões passam por uma pausa na chuva em plena estação úmida, quando a zona de convergência intertropical ou o cavado de monção se desloca para latitudes mais altas no meio da estação quente. Quando a época úmida coincide com o verão, a chuva cai sobretudo no fim da tarde e no começo da noite. A qualidade do ar e da água doce pode melhorar nessa estação.

A faixa equatorial próxima à zona de convergência intertropical, ou cavado de monção, é a porção mais úmida das terras emersas. A faixa de chuva tropical migra para o norte até agosto e retorna ao hemisfério sul entre fevereiro e março.

Na Ásia, a monção transporta umidade sobretudo do oceano Índico, favorecendo as chuvas no sul do continente, da Índia às Filipinas, ao sul da China e ao Japão. Em agosto, o cavado de monção pode chegar ao paralelo 40° N no leste asiático, antes de voltar para o sul. Seu avanço para latitudes mais altas se acelera com o início da monção de verão e com a formação de uma baixa térmica sobre a parte mais quente da Ásia. Circulações de monção semelhantes, porém menos intensas, existem na América do Norte e na Austrália.

No Brasil, a zona de convergência do Atlântico Sul (ZCAS) organiza uma faixa persistente de nuvens e chuva que pode se estender do sul da Amazônia ao Atlântico, atravessando a parte central do país. É um dos sistemas responsáveis pelas chuvas do Centro-Oeste e do Sudeste entre o fim da primavera e o verão.

No verão, a monção do sudoeste, somada à umidade do golfo da Califórnia e do golfo do México que circula ao redor da crista subtropical do Atlântico, traz trovoadas vespertinas e noturnas ao sul dos Estados Unidos e às Grandes Planícies.

Regiões secas e úmidas

A média anual de chuva inferior a 250 mm é um dos critérios usados para definir um deserto, e outro leva em conta as regiões onde a evapotranspiração supera a precipitação.

Desertos

O norte da África abriga o deserto do Saara, a mais extensa região quente e seca do mundo. O Namibe e o Kalahari ocupam áreas do sul do continente. Na Ásia, uma faixa de baixa precipitação anual atravessa o deserto de Gobi, na Mongólia, segue pelo oeste do Paquistão, Baluchistão e Irã e chega ao deserto da Arábia, na Arábia Saudita. Grande parte da Austrália é semiárida ou desértica, fazendo dela o continente habitado mais seco. Nos Estados Unidos, as áreas mais secas abrangem o deserto de Sonora, a Grande Bacia e o centro do Wyoming.

Desertos polares

Ver artigos principais: Deserto polar e Clima polar

Como chuva é água líquida, raramente ocorre quando toda a coluna de ar e a superfície estão abaixo de zero. Uma camada de ar quente em altitude pode derreter a precipitação congelada e produzir chuva congelada ao nível do solo. Regiões muito frias têm pouca precipitação e são muitas vezes chamadas de desertos polares. A tundra tem um verão curto com degelo e um inverno longo e gelado. Embora recebam pouca chuva e pouca precipitação total, essas áreas nem sempre são áridas no sentido de falta de água no solo: durante a breve estação de crescimento, ele pode permanecer úmido, o ar tem umidade relativamente alta e a evaporação é muito baixa. A Antártida abriga algumas das regiões mais secas do mundo.

Florestas úmidas

Em regiões úmidas, a chuva favorece florestas tropicais e temperadas. Há ainda formações menos comuns chamadas florestas úmidas secas. A floresta tropical ocupa uma ampla faixa próxima ao equador. Seu clima geralmente ocorre a menos de dez graus de latitude da linha equatorial, com duração do dia e temperatura médias relativamente constantes pelo ano. Florestas temperadas úmidas ficam mais longe do equador, mas recebem chuva abundante e muitas vezes têm um dossel florestal fechado. As chamadas florestas úmidas secas mantêm dossel denso apesar de passarem por períodos de seca.

Ventos do oeste e variação climática

Os ventos do oeste vindos do Atlântico Norte levam chuva à Europa ocidental, em especial à Irlanda e ao Reino Unido. Suas costas ocidentais podem receber cerca de 1.000 mm anuais ao nível do mar e 2.500 mm nas montanhas. Bergen, na Noruega, tem média anual de aproximadamente 2.250 mm. No outono, inverno e primavera, sistemas de tempestade do Pacífico respondem por grande parte da chuva do Havaí e do oeste dos Estados Unidos. Na região dos Grandes Lagos, a corrente de jato favorece o máximo de precipitação no verão. Grandes áreas de trovoadas, chamadas complexos convectivos de mesoescala, atravessam as Planícies, o Centro-Oeste e os Grandes Lagos na estação quente e podem responder por até 10% da precipitação anual nessas áreas.

A metade leste dos estados contíguos, a leste do meridiano 98 W, as montanhas do Noroeste Pacífico e a Sierra Nevada estão entre as áreas mais chuvosas do país, com média superior a 762 mm por ano. Ciclones tropicais reforçam a precipitação no sul dos Estados Unidos, em Porto Rico, nas Ilhas Virgens Americanas, nas Ilhas Marianas do Norte, em Guam e na Samoa Americana.

A El Niño-Oscilação do Sul altera a distribuição das chuvas no oeste dos Estados Unidos, no Centro-Oeste, no Sudeste e em regiões tropicais.

Lugares mais chuvosos conhecidos

Cherrapunji, na região de Shillong, Índia, tem precipitação média anual de cerca de 11.430 mm em determinada série histórica. Ali foram registrados 26.470 mm entre agosto de 1860 e julho de 1861, o recorde de precipitação em doze meses listado pela Organização Meteorológica Mundial. Na vizinha Mawsynram, em Meghalaya, a média calculada para uma série de 38 anos foi de 11.872 mm. Na Austrália, o monte Bellenden Ker recebeu mais de 12.200 mm de chuva em 2000. Em Maui, o Big Bog apresentou média anual de 10.271 mm entre 1978 e 2007. No monte Waiʻaleʻale, na ilha de Kauaʻi, outra série de 30 anos teve média de 11.640 mm. Médias de períodos diferentes não podem ser comparadas diretamente.

Na América do Sul, a OMM relaciona Quibdó, no departamento colombiano de Chocó, com média de 8.990 mm para um período de 29 anos. Estimativas de chuva para localidades vizinhas, como Lloró, não constam como recordes regionais nessa tabela oficial.

Efeitos urbanos

Partículas liberadas por veículos e outras fontes podem servir de núcleos de condensação. O efeito sobre a chuva muda conforme as condições da atmosfera. Na costa atlântica dos Estados Unidos, a probabilidade de chuva calculada para os sábados foi 22% maior que a das segundas-feiras. O acúmulo semanal de poluentes foi proposto como explicação para essa diferença. A ilha de calor urbana também pode favorecer a ascensão do ar. Em algumas cidades dos Estados Unidos, dados de radar do satélite TRMM apontaram médias mensais de chuva cerca de 28% maiores entre 30 e 60 km a sotavento do que a barlavento, com aumentos de até 51% em certas áreas. O resultado descreve aquelas áreas e o período estudado, sem representar uma taxa geral para todas as cidades.

Mudanças climáticas

O aquecimento aumenta a capacidade do ar de conter vapor de água e pode intensificar as chuvas fortes. A influência humana no ciclo global da água é detectável desde meados do século XX. A precipitação média não mudou do mesmo modo em toda parte, e as observações ainda são insuficientes para atribuir com segurança muitas tendências regionais a uma causa específica.

Desde 1950, a frequência e a intensidade das precipitações fortes aumentaram na maioria das regiões continentais com observações suficientes. Nos Estados Unidos, medições de estações meteorológicas permitem acompanhar as tendências até 2023 em escala nacional. Elas não permitem inferir a evolução de cada cidade individualmente.

As emissões humanas de gases de efeito estufa são provavelmente o principal fator da intensificação observada das chuvas fortes sobre as terras emersas em escala global. Os estudos de atribuição de eventos extremos examinam, entre outras questões, se essa influência alterou a probabilidade ou a intensidade de um episódio específico de precipitação.

Modificação deliberada do tempo

Entre as tentativas de modificação do tempo estão técnicas de semeadura de nuvens usadas para aumentar a precipitação de inverno nas montanhas e para reduzir o granizo.

Em condições específicas, a semeadura de nuvens orográficas super-resfriadas pode aumentar a precipitação. Ainda é difícil medir o resultado de programas de semeadura mais amplos.

Água doce e ecossistemas

A chuva ajuda a repor rios, lagos, reservatórios e aquíferos e fornece umidade necessária a plantas e animais. A água subterrânea alimentada pela precipitação também pode sustentar a vazão de rios e ambientes úmidos entre episódios de chuva. O armazenamento da água em reservatórios pode contribuir para o abastecimento, a irrigação e a energia hidrelétrica.

A água da chuva pode ser captada, guardada em reservatórios, como cisternas, e tratada para consumo, uso doméstico não potável ou irrigação.

Agricultura

Para muitas culturas agrícolas, a quantidade de água recebida e a distribuição da chuva ao longo do tempo afetam o crescimento. A falta ou o excesso de água pode prejudicar a lavoura. A seca pode matar lavouras e aumentar a erosão, enquanto um período úmido demais pode favorecer fungos nocivos. As necessidades de água variam entre espécies e ambientes. Alguns cactos sobrevivem com pouca água. O arroz exige grandes volumes e pode precisar de irrigação contínua além da chuva para atingir boa produtividade. Plantas de climas secos podem se beneficiar de chuvas fortes e pouco frequentes. As de ecossistemas mais úmidos tendem a se beneficiar de precipitações fracas e frequentes.

Nas áreas com estações secas e chuvosas, os nutrientes do solo podem diminuir e a erosão aumentar durante a estação úmida. Os animais desenvolvem adaptações para esse regime. Para a população humana, a escassez de alimentos da estação seca pode estender-se ao início da estação chuvosa, antes da maturação das culturas. No noroeste do Benim, o peso corporal de adultos variou entre as estações em associação com a falta de alimentos antes da primeira colheita da estação chuvosa.

Chuvas intensas e riscos

Ao chegar ao chão, a água pode infiltrar-se ou escorrer, e a proporção depende das características do terreno. Ruas pavimentadas e outras superfícies impermeáveis alteram esse escoamento. Por isso, a mesma quantidade de chuva pode causar efeitos diferentes em duas bacias. No Brasil, a chuva medida por pluviômetros integra o monitoramento de áreas suscetíveis a deslizamentos, enxurradas e inundações.

Quando muita água cai em pouco tempo, podem ocorrer enxurradas e inundações repentinas.

Resíduos sólidos, óleo de veículos, fertilizantes e outras substâncias podem alcançar os corpos d'água por descarte direto ou pelo escoamento superficial após a chuva. Entre os poluentes estudados estão as substâncias perfluoroalquiladas e polifluoroalquiladas, compostos sintéticos usados em produtos de consumo. A chuva dissolve e transporta diferentes compostos. Em amostras coletadas no norte de Bornéu, cálcio e bicarbonato estavam entre os íons identificados na água da chuva. Em áreas urbanizadas, o escoamento pode misturar água pluvial e esgoto e transportar poluentes específicos para a drenagem. Substâncias persistentes como os PFAS também foram medidas na chuva, no solo, em corpos d'água e no ar.

Cultura e religião

O tempo instável ou nublado pode aumentar o estresse em climas temperados, com efeito observado mais forte em homens que em mulheres. Para outras pessoas, a chuva é agradável ou tranquilizadora. Em lugares secos, como algumas regiões da Índia, ou durante uma estiagem, sua chegada pode melhorar o ânimo. Em Botsuana, pula, palavra para chuva em tsuana, também é o nome da moeda nacional, ligado ao valor econômico da precipitação em um país de clima seco.

Para lidar com a chuva, desenvolveram-se guarda-chuvas, capas de chuva, calhas e sistemas de drenagem urbana.

Mitos, orações e rituais de muitas culturas também tratam da chuva. Os antigos sumérios acreditavam que ela era o sêmen do deus celeste An, que caía sobre sua consorte, a deusa da terra Ki, e a fecundava para que dela nascessem as plantas. Para os acádios, as nuvens eram os seios de Antu, consorte de Anu, e a chuva era seu leite. Na tradição judaica, Honi ha-M'agel teria encerrado uma seca de três anos na Judeia no século I a.C. ao traçar um círculo no chão e rezar por chuva, recusando-se a sair até que seu pedido fosse atendido.

Em Meditações, o imperador Marco Aurélio conservou uma oração dos atenienses a Zeus pedindo chuva. Entre os Macuxis, os cantos tukui eram dançados em grupo e podiam chamar chuva ou acalmar trovões. Em outras tradições indígenas, há cerimônias que celebram a chegada da estação chuvosa. A expressão genérica "dança da chuva" não corresponde a um único ritual compartilhado por todos os povos.

Rituais para pedir chuva também ocorrem em culturas africanas. Em comunidades ronga do sul de Moçambique, os rituais ligados à chuva mudaram ao longo das últimas décadas. Em Portugal, procissões para pedir chuva ocorreram em períodos de seca. Em Aguiar de Sousa, uma delas seguia até uma pia natural na serra, onde os participantes esvaziavam a água e deixavam uma cruz enquanto rezavam. Nos Estados Unidos, governadores de estados chegaram a proclamar dias de oração pela chuva, inclusive no Texas em 2011.