aula 04 - balanço de energia

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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