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O BALANÇO DE ENERGIA DA ATMOSFERA E DA SUPERFICIE Disciplina: Climatologia I (GF-410) Prof. Dr. Raul Reis Amorim UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS (UNICAMP) INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS (IG) DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA (DGEO) • A radiação é o principal modo de propagação de energia no Sistema Superfície-Amosfera (SSA), uma vez que é por meio da radiação que a energia do Sol chega à Terra. • A radiação solar corresponde à emissão de energia sob a forma de ondas eletromagnéticas que se propagam à velocidade da luz. • O Sol emite energia composta por ondas nos comprimentos ultravioleta (8%), raio X, raios gama, luz visível (47%) e infravermelho (45%). A RADIAÇÃO PRINCÍPIOS BÁSICOS DE ENERGIA SOLAR Radiação Solar Entrada Radiação de onda curta recebida do Sol Saída Radiação de onda longa emanada da Terra ONDAS CURTAS Comprimento das ondas de luz ultravioleta, luz visível e infravermelho próximo ONDAS LONGAS Comprimento das ondas de luz no infravermelho termal TRANSMISSÃO - Passagem de energia através da atmosfera ou da água A RADIAÇÃO PRINCÍPIOS BÁSICOS DE ENERGIA SOLAR Entrada de insolação Espalhamento (radiação difusa) Refração Albedo (Reflexão) CAMINHOS DA ENERGIA SOLAR CAMINHOS DA ENERGIA SOLAR ENTRADA DE INSOLAÇÃO INSOLAÇÃO - é a única entrada que impulsiona o sistema terra-atmosfera Elementos que interceptam a energia solar • Rochas e solos; • Corpos líquidos; • Cobertura vegetal; • Nuvens; • Gases atmosféricos; • Poeira VARIAÇÕES NA INSOLAÇÃO NA TERRA VARIAÇÕES NA INSOLAÇÃO NA TERRA A insolação diminui em direção aos pólos, a partir da latitude 25◦ em ambos os Hemisférios; A duração do dia e a altura solar máxima produzem valores anuais médios de 180-220 W/m² nas latitudes equatoriais e tropicais – motivo: maior nebulosidade; Insolação maior que 240-280 W/m² ocorre nos desertos de baixa latitude – motivo: frequente ausência de nuvens. VARIAÇÕES NA INSOLAÇÃO NA TERRA Deserto de Gobi Deserto do AtacamaMadagascar Floresta Amazônica VARIAÇÕES NA INSOLAÇÃO NA TERRA A insolação desloca-se na atmosfera. Ao avançar em direção à superfície ocorre aumento gradativo da densidade da atmosfera. “As moléculas de gás redirecionam a radiação mudando a direção do movimento da luz sem alterar seus comprimentos de onda” (CHRISTOPERSON, 2012, p. 89). Espalhamento (Radiação Difusa) Corresponde a 7% da refletividade da radiação Efeitos do Espalhamento Princípio de Rayleigh Relaciona o comprimento de onda com o tamanho de moléculas ou partículas que causam o espalhamento. A regra é: Quanto menor o comprimento de onda, maior é o espalhamento; e quanto maior o comprimento de onda, menor é o espalhamento Por que o céu é azul? Efeitos do Espalhamento Resposta Pequenas moléculas de gás no ar espalham comprimentos de onda menores de luz. Há mais comprimentos de ondas azul (o azul tem o menor comprimento dentre as demais cores da luz visível). Um céu com muita poluição aparece branco, porque as partículas maiores associadas à poluição do ar agem para espalhar todos os comprimentos de onda da luz visível. Efeitos do Espalhamento Por que o pôr do sol e o amanhecer geralmente são avermelhados? Efeitos do Espalhamento Resposta Ocorre porque a radiação solar atravessa uma camada maior da atmosfera (portanto, com mais material particulado). A baixa altura solar promove um maior espalhamento de comprimentos de onda mais curtas (maior caminho), deixando que as cores laranjas e vermelhos predominem (maior comprimento de onda). Nessa hora a luz branca (junção de todos as cores) está sem o azul. Efeitos do Espalhamento VARIAÇÕES NA INSOLAÇÃO NA TERRA REFRAÇÃO A aparência distorcida do Sol próximo ao pôr do sol sobre o oceano é produzida por refração da imagem do Sol na atmosfera “Conforme a insolação entra na atmosfera, ela passa de um meio para outro, do espaço virtualmente vazio para a atmosfera, ou do ar para a água” (CHRISTOPERSON, 2012, p. 89) Consequência: Mudança na velocidade e direção. Como se formam os Arco-íris? Efeitos da Refração Resposta As gotículas de chuva refletem parte da luz do sol e refratam o resto, gerando um efeito de prisma, que desvia e separa a luz do sol em 7 cores do espectro, sendo enxergadas por nossos olhos como arco-íris. Como cada cor é desviada em um ângulo distinto, percebemos diferentes cores. Cada gotícula produz um espectro completo, mas nós distinguimos somente aquelas cores que alcançam nossos olhos em certo ângulo. A largura do arco-íris (portanto, de cada cor) depende, por sua vez, do tamanho das gotículas de chuva. micrometro - 10-6 m Efeitos do Espalhamento ALBEDO Dentre as propriedades físicas, destaca-se o albedo (qualidade reflexiva de uma superfície), que se caracteriza pela capacidade que os corpos apresentam de refletirem a radiação solar que sobre eles incide. • O albedo varia de acordo com a cor e constituição que o corpo apresenta. Assim, será máximo nos corpos brancos (100%) e mínimo nos corpos pretos (0%). • Um corpo negro tem albedo igual a zero, pois absorve toda a radiação recebida. Mas um corpo desse tipo não existe. • O que há de mais próximo são superfícies de solos escuros e molhados, cujo albedo é de apenas 8% (92% é absorvida). • Superfícies totalmente cobertas por neve densa e limpa apresentam albedo próximo de 90%. ALBEDO Superfície Albedo (%) Solo negro e seco 14 Solo negro e úmido 8 Solo exposto 7-20 Areia 13-25 Florestas 3-10 Floresta Tropical úmida 7-15 Floresta deciduifólia 12-18 Campos naturais 3-15 Savana 16-18 Campos de cultivos secos 20-25 Cana-de-açúcar 15 Superfície Albedo (%) Gramados 15-30 Nuvens cumuliformes 70-90 Neve recém-caída 80 Neve caída (dias ou semanas) 50-70 Gelo 50-70 Água, altitude solar > 40◦ 2-4 Água, altitude solar 5 – 30◦ 6-40 Cidades 14-18 Concreto seco 17-27 Madeira 5-20 Asfalto 5-10 ALBEDO DE VÁRIOS TIPOS DE SUPERFÍCIE O albedo aumenta com as latitudes, com média em torno de 35%, nas proximidades do Equador, até 70% ou mais nas proximidades dos polos. Assim, além de receberem insolação menos intensa, as áreas de altas altitudes também aproveitam menos a radiação incidente. ALBEDO Albedos de julho e janeiro NUVENS E ALBEDO Parte da radiação em ondas longas é também absorvida e reemitida pelas nuvens As nuvens refletem e espalham a radiação de ondas curtas: uma alta porcentagem retorna para o espaço AEROSSÓIS ATMOSFÉRICOS Refletem e absorvem a insolação Abrangem pequenas partículas de poeira, fuligem e poluentes suspensos no ar. BALANÇO DE ENERGIA NA TROPOSFERA O efeito estufa e o aquecimento atmosférico; 1) A atmosfera absorve energia térmica; 2) Uma estufa real aprisiona o calor; 3) A atmosfera atrasa a transferência do calor da Terra para o espaço. ENERGIA DE ONDAS CURTAS E LONGAS Reflexão de nuvens , terra e água Fluxo de saída de energia refletidas para o espaço BALANÇO DE ENERGIA TERRA-ATMOSFERA BALANÇO DE ENERGIA POR LATITUDE Déficit de energia Déficit de energia Excedente de energia Equilíbrio entre ganhos e perdas Equilíbrio entre ganhos e perdas 36◦ 36◦ BALANÇO DE ENERGIA NA SUPERFÍCIE TERRESTRE Curvas de radiação diária Balanço de energia de superfície Condições idealizadas para o solo descoberto em um dia sem nuvens nas latitudes médias BALANÇO DE ENERGIA SIMPLIFICADO +OC↑ -OC↓ +OL↓ -OL↑ R LÍQUIDA Insolação Reflexão Infravermelho Infravermelho Radiaçãolíquida A superfície recebe luz visível e radiação em ondas longas(infravermelho próximo) e reflete luz e irradia ondas longas (infravermelho termal) de acordo com o simples esquema: BALANÇO DE ENERGIA DE SUPERFÍCIE SIMPLIFICADO A Radiação Líquida disponível na superfície terrestre é o resultado final de todo o processo do balanço de energia. CONCEITOS IMPORTANTES Consumo da Radiação Líquida Calor latente de evaporação - LE É a energia armazenada no vapor d’água à medida que a água evapora Calor sensível - H É a transferência de um lado para outro entre o ar e a superfície em fluxos turbulentos por convecção e condução dentro dos materiais Aquecimento ou resfriamento do solo - G É a energia que flui para dentro ou para fora da superfície do solo por condução. CALOR LATENTE GLOBAL CALOR SENSÍVEL GLOBAL BALANÇOS DE RADIAÇÃO
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