Aula 8 - Bases físicas

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Mudanças climáticas 
globais
Giuliano Maselli Locosselli
locosselli@cena.usp.br
Radiação solar Energia: quantidade conservada que deve ser transferida
para um corpo para realizar trabalho ou aquecer
Energia térmica: transferida por condução, convecção ou
radiação
150 milhões de km
(8 min. e 18 seg.)
Radiação solar
1360 W/m2
Radiação solar
1360 W/m2
Radiação solar
1360 W/m2
Radiação solar
1360 W/m2
~ 13 lâmpadas de 100W
1 m
1 m
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
~ 3 lâmpadas de 100W
1 m
1 m
Radiação solar + rotação da Terra
340 W/m2
Ra
di
ân
ci
a
es
pe
ct
ra
l (
W
m
-2
µm
-1
) 
Comprimento de onda (nm) 
Ao nível do mar
climatechangenet.com
No limite da atmosfera
UV Visível Infra-vermelho próximo Infra-vermelho médio
Vapor
d’água
CO2
Radiação solar
incidente no LA
340 (W/m2)
79
185
100
24
161
Radiação solar
refletida no LA
Radiação absorvida
atmosfera
Radiação solar
refletida pela
superfície
Radiação solar
absorvida pela
superfície Wild et al 2013 AIP Conf. Proc. 
1531 628-631
Radiação solar
incidente no LA
340 (W/m2)
79
185
24
161
Radiação solar
refletida no LA
Radiação absorvida
atmosfera
Radiação solar
refletida pela
superfície
Radiação solar
absorvida pela
superfície Wild et al 2013 AIP Conf. Proc. 
1531 628-631
100
Radiação solar
incidente no LA
340 (W/m2)
79
185
100
24
161
Radiação solar
refletida no LA
Radiação absorvida
atmosfera
Radiação solar
refletida pela
superfície
Radiação solar
absorvida pela
superfície Wild et al 2013 AIP Conf. Proc. 
1531 628-631
Radiação solar
incidente no LA
340 (W/m2)
79
185
100
24
161
Radiação solar
refletida no LA
Radiação absorvida
atmosfera
Radiação solar
refletida pela
superfície
Radiação solar
absorvida pela
superfície
84
Evapotrans.
Calor
sensível
2084
Wild et al 2013 AIP Conf. Proc. 
1531 628-631
Radiação solar
incidente no LA
340 (W/m2)
79
185
100
24
161
239
342
Radiação solar
refletida no LA
Radiação absorvida
atmosfera
Radiação solar
refletida pela
superfície
398
IV a partir
da
superfície
Termal refletido
IV absorv.
por GEE
Radiação solar
absorvida pela
superfície
Evapotrans.
Calor
sensível
84
Wild et al 2013 AIP Conf. Proc. 
1531 628-631
20
Radiação solar
incidente no LA
340 (W/m2)
79
185
100
24
161
398
239
342
Radiação solar
refletida no LA
Radiação absorvida
atmosfera
Radiação solar
refletida pela
superfície
Termal refletido
GEE
Evapotrans.
Calor
sensívelRadiação solar
absorvida pela
superfície
Radiação líquida?
Incidente - Refletida na atmosfera - Refletida Superfície = 
340 100 239 1 W/m2
84
Wild et al 2013 AIP Conf. Proc. 
1531 628-631
IV a partir
da
superfície
20
Radiação solar
incidente no LA
340 (W/m2)
79
185
100
24
161
398
239
342
Radiação solar
refletida no LA
Radiação absorvida
atmosfera
Radiação solar
refletida pela
superfície
Termal a partir
da
superfície
Termal refletido
GEE
Evapotrans.
Calor
sensívelRadiação solar
absorvida pela
superfície
84
Wild et al 2013 AIP Conf. Proc. 
1531 628-631
Para manter o balanço energético, praticamente tudo o que entra deve sair.
Ou o planeta se tornaria mais e mais quente.
30% em ondas curtas, albedo da Terra (α ~ I/R = 0.3)
Asfalto 0.04
Oceano 0.06
Árvores decíduas 0.18
Deserto 0.40
Neve fresca 0.80
Radiação solar
incidente no LA
340 (W/m2)
79
185
100
24
161
398
239
342
Radiação solar
refletida no LA
Radiação absorvida
atmosfera
Radiação solar
refletida pela
superfície
Termal a partir
da
superfície
Termal refletido
GEE
Evapotrans.
Calor
sensívelRadiação solar
absorvida pela
superfície
84
Wild et al 2013 AIP Conf. Proc. 
1531 628-631
Para manter o balanço energético, praticamente tudo o que entra deve sair.
Ou o planeta se tornaria mais e mais quente.
~30% em ondas curtas, albedo da Terra (α ~ I/R = 0.3)
~70% em ondas longas, infra-vermelho
43% conversão em calor por absorção pela superfície e re-emissão
22% Evapotranspiração e precipitação
5% Outros
Motor do clima
Radiação solar
incidente no LA
340 (W/m2)
79
185
100
24
161
398
239
342
Radiação solar
refletida no LA
Radiação absorvida
atmosfera
Radiação solar
refletida pela
superfície
Termal a partir
da
superfície
GEE
Evapotrans.
Calor
sensívelRadiação solar
absorvida pela
superfície
84
Wild et al 2013 AIP Conf. Proc. 
1531 628-631
~ 15˚C
(CO2 = 0.03%)
Radiação solar
incidente no LA
340 (W/m2)
79
185
100
24
161
398
239
Radiação solar
refletida no LA
Radiação absorvida
atmosfera
Radiação solar
refletida pela
superfície
Termal a partir
da
superfície
Evapotrans.
Calor
sensívelRadiação solar
absorvida pela
superfície
84
Wild et al 2013 AIP Conf. Proc. 
1531 628-631
~ -18˚C
(CO2 = 0%)
123rf.com/
GEE
342X
Camada de ozônio
2010 - 2019 x 1850 - 1900
1.2˚C
IPCC AR6
1.2˚C
IPCC AR6
Ano
An
om
al
ia
 d
e 
te
m
pe
ra
tu
ra
 (˚
C)
1.2˚C
IPCC AR6
Ano
An
om
al
ia
 d
e 
te
m
pe
ra
tu
ra
 (˚
C)
Anomalia: é a diferença entre o valor de uma determinada variável climática 
(temperatura e precipitação) e média histórica desta variável (em geral 30 
anos ou mais).
1.2˚C
IPCC AR6
Ano
An
om
al
ia
 d
e 
te
m
pe
ra
tu
ra
 (˚
C)
?
IPCC AR6
Mann et al 1999 
IPCC AR6
Mann et al 1999 
britannica.com
IPCC AR6
Mann et al 1999 
IPCC AR6
Mann et al 1999 
IPCC AR6
Mann et al 1999 
1.2˚C
IPCC AR6
Anomalia de
temperatura (˚C)
1.2˚C
IPCC AR6
Observação
bloomberg.com
Esta linha mostra o 
aumento médio de 
temperatura 
superfície/oceano
1.2˚C
IPCC AR6
Mudanças na órbita terrestre
bloomberg.com
Temperatura com 
reconstituída com 95% de 
intervalo de confiança
1.2˚C
IPCC AR6
Mudanças na órbita terrestre
bloomberg.com
Temperatura com 
reconstituída com 95% de 
intervalo de confiança
2010 - 2019 x 1850 - 1900
1.2˚C
IPCC AR6
Atividade vulcânica
bloomberg.com
thoughtco.com
Pinatubo 1991
IPCC AR6
Milhões de toneladas de cinzas e SO2 → H2SO4*
↓ 4w/m2
Albedo
Absorção
~ 3 anos
1.2˚C
IPCC AR6
Atividade vulcânica
bloomberg.com
1991
Pinatubo
Filipinas
1982
El Chicon
México
IPCC AR6Mínimo Máximo
11 anos
Manchas solaresnasa.gov
1.2˚C
IPCC AR6
Atividade solar
bloomberg.com
1.2˚C
IPCC AR6
Fatores naturais: órbita + vulcanismo + solar
bloomberg.com
1.2˚C
bloomberg.com
Lorie et al 2011 Earth Interactions 15:1
Arco do desmatamento
M
ud
an
ça
 n
o 
al
be
do
 e
m
 9
 a
no
s (
%
)
1.2˚CUso do solo
bloomberg.com
1.2˚COzônio
bloomberg.com
COV + NOx + Luz solar → O3
Poluente secundário
1.2˚C
IPCC AR6
Ozônio
bloomberg.com
1.2˚C
IPCC AR6
Aerosóis
bloomberg.com
µm
Carbono negro (forçante +)
Carbono orgânico (forçante -)
Dióxido de enxofre (forçante -)
Smith and Bond 2015 Atmospheric Chemistry and Physics 14:537-549
Smith and Bond 2015 Atmospheric Chemistry and Physics 14:537-549
Emissão global de SO2
Emissão global de carbono negro
Em
iss
ão
 (G
g)
Em
iss
ão
 (G
g)
Ano
Ano
Forçante carbono negro Forçante carbono orgânico
Forçante dióxido de enxofre Forçante indireta - nuvens
Fo
rç
an
te
gl
ob
al
 (W
/m
2 )
Fo
rç
an
te
gl
ob
al
 (W
/m
2 )
Fo
rç
an
te
gl
ob
al
 (W
/m
2 )
Fo
rç
an
te
gl
ob
al
 (W
/m
2 )
1.2˚C
IPCC AR6
Aerosóis
bloomberg.com
1.2˚CGases do efeitoestufa
bloomberg.com
CO
2
CH
4
N
2 O
Gases halogenados
N
O
x
CO
VsCO
IPCC AR6
Átomos e moléculas que absorvem radiação de onda longa (infra-vermelho) = GEE
As ligações de moléculas como o 
CO2 vibram naturalmente numa 
frequência que corresponde ao 
do infra-vermelho.
A energia do infra-vermelho faz
as moléculas vibrarem, absorvendo
temporariamente a energia, que é
então emitida novamente.
A capacidade de absorver e emitir
A energia em infra-vermelho faz o 
CO2 um gás eficiente do efeito 
estufa
C
CO O
O O
A radiação de onda curta passa pelo
vidro (GEE);
As ondas curtas aquecem a superfície
que emite radiação de ondas longas;
A radiação de onda longa não consegue
sair do vidro que é opaco à esta radiação
Resultado = aquecimento
OBS: A convecção acontece livremente na
atmosfera.
Radiação de onda curta
Convecção
Rad. onda longa
Paralelo com uma casa 
de vegetação
Curva de Keeling
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
CO
� 
Co
nc
en
tr
at
io
n 
(p
pm
)
Carbon dioxide concentration at Mauna Loa Obser atory
������
�����
������	
���������
Dr Charles David Keeling
Observações de concentração de CO2 no observatório de Mauna Loa
Co
nc
en
tr
aç
ão
 d
e 
CO
2
(p
pm
) Março de 1958 a maio de 2022
• Mauna Loa foi escolhida por estar isolada geograficamente e ter 
pouca vegetação.
Indícios do aumento global de CO2
Evidência
414ppm
Curva de Keeling
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
CO
� 
Co
nc
en
tr
at
io
n 
(p
pm
)
Carbon dioxide concentration at Mauna Loa Obser atory
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���������
Observações de concentração de CO2 no observatório de Mauna Loa
Co
nc
en
tr
aç
ão
 d
e 
CO
2
(p
pm
) Março de 1958 a maio de 2022
• -Mauna Loa foi escolhida por estar isolada geograficamente e ter 
pouca vegetação.
earthobservatory.nasa.gov
Sazonalidade nas concentrações de CO2
1.2˚CGases do efeito estufa
bloomberg.com
1.2˚C
IPCC AR6
Fatores humanos: uso do solo + ozônio + aerossóis + gases do efeito estufa
bloomberg.com
2010 - 2019 1.2˚C
CO
2
CH
4
N
2 O
Hologenados
N
O
x
CO
V e CO
SO
2
C orgânico
N
H
3
C negro
Albedo
Rastro avião
IPCC AR6
2010 - 2019 x 1850 - 1900
1.2˚C
IPCC AR6
Fatores naturais + humanos 
bloomberg.com
IPCC AR6
Bolsas de iniciação cintífica!
Florestas
Funcionais
Bolsas de iniciação cintífica!
Florestas
Funcionais