3 - Atmosfera Terrestre e Radiação Solar

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO 
CENTRO DE CIÊNCIAS MATEMÁTICAS E DA NATUREZA 
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS 
DEPARTAMENTO DE METEOROLOGIA 
ATMOSFERA TERRESTRE E 
RADIAÇÃO SOLAR 
 
Disciplina Climatologia 
Professor Wanderson 
 
 
• A atmosfera, local que caracteriza a climatologia de uma 
determinada região, pode ser descrita como uma camada de gases 
sem cheiro, sem cor e sem gosto que envolve e acompanha a 
Terra em todos os seus movimentos. 
 
• É composta de gases que se encontram junto à superfície 
terrestre, que se tornam rarefeitos e desaparecem com a altitude. 
 
• A atmosfera alcança uma altura (espessura) de cerca de 800 km a 
1.000 km e liga-se à Terra pela força da gravidade. 
 
• Caracteriza-se, ainda, por apresentar uma espessura menor na 
região polar e maior sobre a região equatorial. 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• Mantida pela ação gravitacional, a 
atmosfera terrestre é mais densa próxima 
à superfície, tornando-se rarefeita com a 
altura. 
 
• Até os primeiros 29 km, a atmosfera 
concentra 98% de sua massa total, o que 
torna muito difícil definir seu limite 
superior, já que a densidade relativa aos 
2% de moléculas restantes decai muito 
lentamente. 
 
• Por este motivo, torna-se como referência 
o limite de 1.000 km para expressar sua 
extensão. 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• Variação da densidade atmosférica conforme a altitude: 
 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• Cerca da metade da massa da atmosfera está concentrada abaixo 
de 5 km. 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• Além de a densidade do ar 
diferenciar-se com a altura, 
a composição dos gases 
não é a mesma em toda a 
atmosfera. 
 
• Da superfície aos primeiros 
90 km de altura, os 
componentes gasosos do 
ar apresentam-se em uma 
distribuição relativamente 
uniforme, camada esta 
denominada Homosfera. 
 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• O material particulado de origem natural encontrado na atmosfera 
constitui-se de poeira, cinzas, material orgânico e sal em 
suspensão no ar, provenientes do solo, da atividade vulcânica, da 
vegetação e dos oceanos, respectivamente. 
 
• O que procede das atividades 
humanas, por sua vez, decorre da 
utilização de combustíveis fósseis em 
indústrias e veículos, da queima de 
carvão mineral e orgânico para 
aquecimento doméstico, e de práticas 
agrícolas, como queimadas e 
adubação, entre outros. 
 
• Por serem ambos gerados na 
superfície, também se concentram nos 
primeiros quilômetros da atmosfera, ou 
seja, na parte mais baixa da troposfera 
e podem influenciar diretamente o 
clima. 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• O vapor d’água não se 
apresenta uniformemente 
distribuído na atmosfera, uma 
vez que sua presença depende 
não só de uma superfície que 
forneça água, mas também de 
uma série de outros fatores. 
 
• Sua existência nos níveis 
inferiores da atmosfera 
(troposfera) é de extrema 
importância para a manutenção 
da vida e a determinação dos 
climas do planeta. 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• O ozônio está presente de forma concentrada entre os 20 e 35 km 
de altura (estratosfera). 
 
• A propriedade que os gases oxigênio e ozônio apresentam ao 
reagirem fotoquimicamente nestes níveis, agindo como um filtro ao 
absorverem a maior parte das radiações ultravioleta, é o que 
garante a existência da vida na superfície nos moldes conhecidos 
hoje. 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• A camada superior à Homosfera é 
chamada de Heterosfera, porque nela 
os gases se dispõem separadamente, 
formando camadas de diferentes 
composições químicas: nitrogênio 
molecular (presente de 90 a 200 km 
de altura), oxigênio atômico (de 200 a 
1.100 km), átomos de hélio (de 1.100 
a 3.500 km) e átomos de nitrogênio (a 
partir de 3.500 km). 
 
• A atmosfera, sendo uma mistura 
mecânica de gases, exibe as 
características de todos os seus 
componentes. 
 
• É volátil, compressível e expansiva, e 
suas camadas inferiores, muito mais 
densas que as superiores. 
 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• Outra importante característica 
da atmosfera terrestre é a 
variação da distribuição 
vertical de sua temperatura, 
dada pela interação de seus 
componentes com a entrada 
de energia proveniente do Sol 
e a saída de energia 
proveniente da Terra, o que 
possibilitou compartir a 
atmosfera em esferas 
concêntricas com distintos 
comportamentos térmicos. 
 
• As camadas apresentam em 
seus nomes a terminação 
osfera, e seus topos, a 
terminação pausa. 
ATMOSFERA TERRESTRE 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• Em contato direto com a superfície e com ela interagindo 
intensamente ao longo de seus 12 km de extensão (em média), a 
troposfera é a base de todo o pacote gasoso que envolve a Terra. 
 
• É na troposfera que os fenômenos meteorológicos (elementos 
climáticos) se produzem, por isto, é o foco de interesse da 
climatologia, já que os atributos destes fenômenos interagem 
diretamente com o sistema terrestre e configuram-se como objeto 
das ações humanas. 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• A variação térmica da Troposfera é extremamente peculiar, porque 
também depende da energia emitida pela superfície terrestre, e 
não é explicada exclusivamente pela relação direta com a energia 
solar que a perpassa, como ocorre com as demais camadas da 
atmosfera. 
 
• Isto significa que boa parte da radiação proveniente do Sol que 
chega até o topo (tropopausa) consegue atingir a superfície 
terrestre, uma vez que a troposfera não é muito eficiente em 
absorver esta radiação. 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• No entanto, alguns de seus gases, como dióxido de carbono, vapor de água, 
amônia e outros, são extremamente eficazes na absorção da radiação de ondas 
longas emitida pela superfície da Terra, o que explica o fato de as temperaturas 
próximas a ela serem mais elevadas (20°C em média) do que as registradas na 
tropopausa (-57°C em média), onde estes gases apresentam-se mais rarefeitos. 
 
• A este fenômeno, 
dá-se o nome de 
efeito estufa. 
 
• O decréscimo da 
temperatura na 
troposfera a partir da 
superfície pode ser 
expresso pelo 
gradiente térmico 
vertical médio, que é 
de 6,5°C/km. 
ATMOSFERA TERRESTRE 
• Praticamente todos os fenômenos que ocorrem na troposfera têm 
início com a entrada da radiação solar no topo da atmosfera. 
 
• A atmosfera não é inerte a esta quantidade de radiação, isto é, os 
componentes da atmosfera interagem com ela, e o que chega à 
superfície é uma parcela do que entrou no Sistema Superfície-
Atmosfera (SSA). 
 
ATMOSFERA TERRESTRE E RADIAÇÃO SOLAR 
 
• O fato de toda energia do SSA depender de forma direta ou 
indireta da radiação proveniente do Sol requer que este processo 
seja analisado com mais detalhe. 
 
• Existe uma diferença conceitual entre radiação solar e insolação. 
 
 
• Ao passo que insolação é a duração do 
período do dia com luz solar ou a 
duração do brilho solar, radiação solar 
é a energia recebida pela Terra na 
forma de ondas eletromagnéticas 
provenientes do sol. 
 
• A radiação solar é a fonte de energia 
de que o globo terrestre dispõe. 
RADIAÇÃO SOLAR 
• A distribuição latitudinal da insolação indica que, graças à baixa nebulosidade em 
comparação com a região equatorial, as maiores quantidades de insolação são 
recebidas nas zonas subtropicais. 
 
• Os valores de insolação diminuem em direção aos polos e atingem o mínimo em 
torno das latitudes de 70º-80º no hemisfério norte e de 60º-70º no hemisfério sul. 
 
 
RADIAÇÃO SOLAR 
• Radiação é uma forma de energia que emana, sob forma de ondas 
eletromagnéticas, de todos os corpos com temperaturas superiores 
ao zero absoluto (-273ºC). 
 
• O sol fornece 99,97% da energia utilizada no sistema 
Terra/Atmosfera e é, direta ou indiretamente, responsável por 
todas as formas de vida e características climáticas encontradas no 
planeta. 
 
• A cada minuto, o sol emite 56x1026 calorias de energia propagadas 
em todas as direções, no entanto, o planeta recebe apenas dois 
bilionésimosda energia que sai da fonte. 
 
 
RADIAÇÃO SOLAR 
• Além do aspecto inerente à distância, a radiação solar, ao 
atravessar a atmosfera, é atenuada por três processos: 
 
• Difusão (espalhamento pelas partículas da atmosfera, como gases, 
cristais e impurezas): uma parte desta radiação difundida é, 
portanto, devolvida ao espaço, enquanto outra parte atinge a 
superfície e é chamada radiação difusa; 
 
• Absorção (absorção seletiva por certos constituintes atmosféricos 
para certos comprimentos de ondas, como a absorção da radiação 
ultravioleta pelo ozônio [O3]); 
 
• Reflexão (a reflexão pelas nuvens, por exemplo, depende 
principalmente da espessura, estrutura e constituição delas). 
RADIAÇÃO SOLAR 
• Em média, de 100% da energia do sol que chega à atmosfera, cerca de 40% 
incidem sobre as nuvens, deste total, 1% é absorvido e 25% são refletidos e se 
perdem no espaço, chegando apenas 14% à superfície. 
 
RADIAÇÃO SOLAR 
• Dos demais 60% que incidem sobre áreas sem cobertura de nuvens, 7% são 
refletidos/difundidos por aerossóis e 16% são absorvidos por gases atmosféricos, 
chegando 37% à superfície. 
 
RADIAÇÃO SOLAR 
• Dos 51% que chegam à superfície, subtraem-se 5%, que são refletidos pela 
própria superfície. 
 
• Assim, aproximadamente 46% da energia que incide sobre a atmosfera é 
absorvida pela superfície terrestre. 
RADIAÇÃO SOLAR 
• É importante ressaltar que a energia 
absorvida ou refletida depende da 
superfície sobre a qual incide a radiação. 
 
• Alguns conceitos são importantes: 
albedo indica a refletividade total de uma 
superfície iluminada pelo sol. 
 
• O albedo varia de acordo com a cor e a 
constituição do corpo. 
 
• Assim, será máximo nos corpos brancos 
e mínimo nos corpos pretos. 
RADIAÇÃO SOLAR 
• Absortividade, fração de energia incidente absorvida pelo material; 
 
• Refletividade, fração da energia incidente refletida pelo material; 
 
• Transmissividade, fração da energia incidente transmitida pelo material. 
 
• Estes coeficientes variam de 0 a 1, a soma deles é igual a 1, visto que toda 
energia incidente sobre qualquer material deve ser absorvida, refletida e/ou 
transmitida. 
 
• A emissividade é o coeficiente que indica a eficiência de um corpo em emitir 
energia. 
RADIAÇÃO SOLAR 
• A quantidade de radiação solar, bem como a insolação que incide sobre a 
superfície, depende de alguns fatores, como período do ano (estações); 
 
• Período do dia (manhã ou noite); 
 
• Latitude (nas latitudes entre 35ºN e 35ºS, ocorre excesso de energia, pois a 
quantidade absorvida é maior que a irradiada ao espaço; fora destas latitudes, há 
déficit energético); 
 
RADIAÇÃO SOLAR 
• Cobertura de nuvens: a insolação do Nordeste, em qualquer época 
do ano, é muito superior que na região Norte, evidência de que 
aquela é a região de maior disponibilidade de insolação relativa no 
Brasil. 
 
• Destacando-se que a cobertura do céu – nebulosidade – é o 
complemento da insolação relativa, verifica-se que, em termos 
climatológicos anuais, o céu fica encoberto 51% do período diurno 
na região Norte, 49% na região Sul, 41% no Sudeste e no Centro-
Oeste, e apenas 34% no Nordeste. 
RADIAÇÃO SOLAR 
• A intensidade com que a radiação alcança o solo é denominada intensidade de 
insolação e está diretamente relacionada à altura solar de cada lugar. 
 
• A intensidade de insolação apresenta seus maiores valores nas regiões tropicais, por 
volta dos 20° de latitude em ambos os hemisférios, e menores valores nos polos. 
 
• A região equatorial possui índices inferiores aos tropicais, porque a nebulosidade mais 
intensa reduz a quantidade de radiação que atinge o solo. 
 
RADIAÇÃO SOLAR 
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RADIAÇÃO SOLAR