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Meteorologia e Climatologia Aula 2. Radiação solar e terrestre, balanço de calor (Movimentos terrestres e estações do ano) Radiação e balanço de calor • Sol =energia que controla circulação da atmosfera; • Energia eletromagnética = convertida pelo sistema terra/atmosfera em calor e energia cinética; • Lei da conservação da energia = ela pode ser convertida, mas não criada nem destruída. • Energia solar = distribuição desigual sobre a Terra = correntes oceânicas e ventos transportam calor = balanço de energia. Radiação e balanço de calor Aquecimento solar • Metade da energia irradiada pelo sol é absorvida de maneira desigual sobre a superfície; • Causas da variação: ângulo do sol, transparência da atmosfera e refletividade local. • Ângulo do sol = latitude e estação do ano. Movimentos da Terra • ROTAÇÃO = dia e noite • TRANSLAÇÃO = órbita elíptica em torno do sol. Periélio Mais próximo em 3 de janeiro. Temperatura em média 4C acima. 147x106 km 152x106 km Afélio Mais longe em 4 de julho. Sol 2012 = Periélio (05/01) e afélio (05/07) As variações na radiação solar recebida em função da distância são pequenas. Estações • A inclinação do eixo da Terra em relação à eclíptica - a orientação da Terra em relação ao Sol muda continuamente enquanto a Terra gira em torno do Sol. • O Hemisfério Sul se inclina para longe do Sol durante o nosso inverno e em direção ao Sol durante o nosso verão. • Isto significa que a altura do Sol, o ângulo de elevação do Sol acima do horizonte varia no decorrer do ano; • No hemisfério de verão as alturas do Sol são maiores, os dias mais longos e há mais radiação solar. No hemisfério de inverno as alturas do Sol são menores, os dias mais curtos e há menos radiação solar. Sol a pino Sol baixo no céu A energia solar varia de acordo com a latitude. Quantidades iguais de energia são distribuídas sobre uma superfície maior nos polos do que nos trópicos. O gelo reflete grande parte da energia. Quando os raios solares atingem a Terra verticalmente, eles são mais concentrados. Quando menor a altura solar, mais espalhada e menos intensa a radiação Se a altura do sol decresce, o percurso dos raios solares através da atmosfera cresce e a radiação solar sofre maior absorção, reflexão ou espalhamento, o que reduz sua intensidade na superfície. Equinócio de 21-22 de março Equinócio de 22-23 de setembro Solstício de 21-22 de junho Sol é vertical em 23,5N Solstício de 21-22 de dezembro Sol é vertical em 23,5S No dia 21 ou 22/12 os raios solares incidem verticalmente (h=90°) em 23°27’S (Trópico de Capricórnio). Este é o solstício de verão para o Hemisfério Sul (HS). Em 21 ou 22/6 eles incidem verticalmente em 23°27’N (Trópico de Câncer). Este é o solstício de inverno para o HS A meio caminho entre os solstícios ocorrem os equinócios (dias e noites de igual duração). Nestas datas os raios verticais do Sol atingem o equador (latitude = 0°). No HS o equinócio de primavera ocorre em 22 ou 23 de setembro e o de outono em 21 ou 22 de março. Todos os locais situados na mesma latitude tem idênticas alturas do Sol e duração do dia. Se os movimentos relativos Terra-Sol fossem os únicos controladores da temperatura, estes locais teriam temperaturas idênticas. Contudo, apesar da altura do Sol ser o principal controlador da temperatura, não é o único. Radiação eletromagnética Troca de energia entre a Terra e o resto do Universo ocorre por radiação. As taxas de absorção e emissão são similares e há um equilíbrio radioativo. A radiação eletromagnética pode ser considerada como um conjunto de ondas (elétricas e magnéticas). As várias formas de radiação, caracterizadas pelo seu comprimento de onda, compõem o espectro eletromagnético. Espectro eletromagnético A maior parte da energia radiante do sol está concentrada nas partes visível e próximo do visível do espectro. A luz visível corresponde a ~43% do total emitido, 49% estão no infravermelho próximo e 7% no ultravioleta. Menos de 1% da radiação solar é emitida como raios X, raios gama e ondas de rádio. Ondas eletromagnéticas • Comprimento da onda = (distância entre cavas); • Frequência da onda = (número de ondas completas que passam por um ponto por unidade de tempo); • Velocidade da onda = C = . Radiação terrestre Circulação atmosférica • A quantidade de energia solar recebida no equador é muito maior do que a recebida nos polos. • Se não houvesse intervenção, o oceano tropical iria ferver e o polar congelar completamente. • A circulação global de ar (2/3) e água (1/3) move o calor e impede que isso aconteça. Transferência de calor Uma corrente convectiva forma em um quarto quando o ar flui de um radiador quente para uma janela fria e de volta para o radiador. Modelo hipotético de circulação de ar O ar aquecido nos trópicos iria se expandir e se tornar menos densor, ascender para altas altitudes, ir para os polos e se acumular ao convergir próximo dos polos. O ar iria se resfriar e se contrair ao irradiar calor, baixar para a superfície e fluir de volta para os trópicos. Circulação Global de Ar • Regulada por 2 fatores: – Aquecimento solar diferenciado; – Rotação da Terra. Efeito de Coriolis Considere duas cidades, Buffalo e Quito, ambas na mesma longitude (79W). Ambas percorrem uma volta ao redor do mundo (360) em 24h, ou 15/hora. Células de circulação afetam profundamente o clima Célula polar Célula de latitudes médias (Célula de Ferrel) Célula tropical Célula de Ferrel Cinturão de alta pressão subtropical Cava equatorial – cinturão de baixa pressão Cinturão de alta pressão subtropical
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