aula2-A atmosfera Terrestre

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Aprox. 10 km
Atmosfera terrestre
A superfície da terra seria 33 graus Celsius
mais fria se não existisse sua atmosfera.
• Planeta: dinâmica constante, dada a presença de energia(ع),que atua 
nos processos físicos (marés, furacões, terremotos…) e 
humanos (atleta) 
– qualquer processo requer ع, observável por seus 
efeitos (veículo em movimento, folhas balançando...)
ع: capacidade de realizar trabalho (quando um corpo se move por ação externa)
A Atmosfera terrestreA Atmosfera terrestre
•Tipos de energia: mecânica/ calorífica ou térmica/ radiante/ química/ elétrica/ 
nuclear. A عpode ser classificada também em cinética ou potencial.
•A energia é conservada, ou seja, não pode ser criada ou destruída, mas 
pode ser convertida para outro tipo por intermédio de processos físicos e 
químicos (1ª Lei da Termodinâmica).
•Processos naturais (inclusive atmosféricos): requerem fluxo e conversão de ع
–
– diferentes processos diferentes tipos e quantidades de ع
• Dinâmica da atmosfera: resposta às diferenças de fluxos de ع
do planeta, processando-se de escala molecular a global
diversidade de climas no planeta: ocorre porque o sistema 
climático não absorve energia solar uniformemente
• عinicial do planeta: sol (radiação solar ou radiante) e pequena • عinicial do planeta: sol (radiação solar ou radiante) e pequena 
parcela do interior da terra (proporção desprezível).
• atividades humanas (que geram, por ex., poluição atmosférica) 
alteram o fluxo da radiação de calor, podendo aumentar a 
quantidade de عabsorvida pela superfície da terra, o que causaria, 
por exemplo, derretimento das calotas polares e até redução da 
radiação que chega (mais material particulado de origem antrópica). 
Calor: عcinética total, depende da massa
Temperatura: intensidade, grau de calor, independe da massa
• o planeta intercepta menos de 1 sobre 2 bilionésimos da 
عtotal do sol (56x1026 cal/min)
• embora ínfima em relação ao total emitido, essa عpermite a 
manutenção dos processos do nosso planeta (formas de vida, 
processos físicos -inclusive atmosféricos- e existência de água 
em 3 estados)
• as diferenças na quantidade de عrecebida do sol e interações 
terra-atmosfera promovem variações temporais e espaciais 
clima
• Transferência de عcalorífica três formas
tipo de substância
1. condução (por contato, por atividade molecular) ar: mal 
condutor
2. convecção (trocas em meios fluídos), movimentação vertical 
de massa e de calor, gerando circulação importante para os 
movimentos atmosféricos 
3. irradiação (a partir da fonte, viaja em todas as direções, não 
necessitando necessariamente de um meio. Pode ocorrer, 
portanto, no vácuo) mecanismo de transferência de calor portanto, no vácuo) mecanismo de transferência de calor 
do sol para a terra
Fonte: LUTGENS e TARBUCK The Atmosphere, 1998
• Radiação solar:
• viaja no vácuo do espaço (300.000 km/s)
• constituída por ondas eletromagnéticas (= ondas de ع
radiante) diferentes comprimentos (unidade: µm=10-6
m.)
• atravessa o espaço (vácuo) até atingir nosso planeta, 
conservando toda ع ; porém, ao chegar aqui, é 
distribuída por área maior, o que diminui sua intensidade 
• sol: emite em diferentes comprimentos de onda (λ) e em • sol: emite em diferentes comprimentos de onda (λ) e em 
quantidades distintas: 
– retina humana: sensível ao comprimento de onda 
chamado de espectro do visível (~ 43% do total), que varia 
de 0,4 µm (violeta) a 0,7 µm (vermelho); 9% ultravioleta 
(<0,4 µm)
– infra-vermelho: não é visto, mas é sentido como calor
Parâmetros de uma onda
Espectro da Radiação Solar
λ < 400 nm
λ > 700 nm380 >λ > 700 nm
Faixa de maior 
disponibilidade 
de energia
Espectro do comprimento de ondas
Espectro eletromagnético
(calor)
Fonte: VAREJÃO-SILVA, M. A. Meteorologia e Climatologia. 2000.
• Radiação que alcança o topo da atmosfera: 
constante solar (Cs), passível de ser calculada: 
– sendo a emissão solar total (Es) 3,865X1026W, a 
distância entre o sol e a Terra (DsT), 1,5X1011m, e 
envolvendo o sol em uma esfera que tenha essa distância envolvendo o sol em uma esfera que tenha essa distância 
por raio (r) (e lembrando que a área de uma esfera é dada 
por 4πr 2), o valor dessa constante é:
Cs=Es /r * DsT
Cs=3,865X1026W / 4π (1,5X1011m)2= 1.367W/m2
Leis da radiação
1. qualquer objeto em qualquer temperatura emite ع
2. a quantidade de ع e o comprimento de onda emitido dependem 
da temperatura do objeto que irradia ع: Lei de Stefan-Boltzmann
Sol: 20 vezes mais quente; emite ~
160 mil vezes mais/unidade de área 
I= σ T4
I = intensidade da radiação (W/m2) 
σ= constante de Stefan-Boltzmann= 5,67X10-8W/m2/K4
T= temperatura do corpo emissor (K)T= temperatura do corpo emissor (K)
Tsol: ~6.000K (~5.7000C)
Tterra: ~ 300K (~150C)
Isol = (5,67X10-8) X (6.000)4 = 73.483.200 W/m2
ITerra = (5,67X10-8) X (300)4 = 459 W/m2
Isol / ITerra = 73.483.200 / 459 = 160.094,1
3. quanto mais quente o corpo emissor, menor o comprimento de 
onda da radiação máxima: Lei de deslocamento de Wien
λmax= C/T 
λ= comprimentos de onda Sol: irradia bastante no espectro
C= constante de Wien=2898µm do visível (~43%) 
T= temperatura do corpo emissor 
λ = λmax (sol) = 2898µm / 6.000K = 0,483µm (máximo: irradiado no espectro 
do visível)
λmax (Terra) = 2898µm / 300K = 9,660µm (comprimentos maiores, por 
ser menos quente)
4. material com boa capacidade de absorção apresenta também 
boa capacidade de irradiação
Corpo negro: capacidade máxima de irradiação (sol e terra)
Relação comprimento de onda X intensidade da radiação
Quanto menor o λ, mais intensa é a radiação emitida por um corpo.
300K
Sol Terra
Gás Espectro de absorção
O2 (oxigênio) 0 – 0,3 µm
O3 (ozônio) 5,0 – 9,5 µm
H2O (vapor d’água) 0,7 – 0,8; 3,3; 5,5 – 7,5; 11,9 µm
CO2 (gás carbônico) 2,7 – 2,9; 4,1 – 4,2; 9,4; 12,6; 14,0 µm
ESPECTRO DE ABSORÇÃO
– diferentes materiais (gases, água, partículas) apresentam 
capacidades distintas em absorver comprimentos de ondas 
diversos, podendo ser:
– opacos (absorvem)
– transparentes (não absorvem)
• A atmosfera é transparente à radiação terrestre entre ~8,0 e 
12,0 µm, faixa do espectro conhecida como janela 
atmosférica. 
• Gases como CO2 e CH4 absorvem em comprimentos 
de onda mais longos do que os da janela atmosférica, 2 4de onda mais longos do que os da janela atmosférica, 
enquanto que H2O e NH3 absorvem ondas menores do 
que 8 µm. 
• Átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio 
não absorvem عentre esses valores do espectro 
(apenas o O3 absorve). Assim, a maior parte da 
radiação emitida pela superfície no espectro da janela 
atmosférica passa através da atmosfera terrestre sem 
aquecê-la, indo direto para o espaço. Sem essa janela, 
o planeta seria, portanto, muito mais quente.
• Atmosfera: transparente ao espectro visível
• Total de energia solar (valores aproximados):
– 51% chega à superfície 25% penetra diretamente
26% inicialmente espalhada
– 19% absorvida por nuvens e gases da atmosfera
– 30% refletida de volta (nuvens, neve, água), sem 
participar dos processos planetários (capacidade de 
reflexão: albedo)
Entra:14+54+272=340Wm-2
Sai:20+68+14+20+88+130=340Wm-2
272-20-68-14=170 Wm-2
170-68=102Wm-2= (82+20)
– ع solar viaja em linha reta, sendo redirecionada na 
atmosfera terrestre por partículas e gases
• espalham melhor as ondas mais curtas do espectro do visível (violeta ao 
vermelho). Ausência de atmosfera: ausência de luz
• quanto mais limpa a atmosfera: + azul o céu; oposto: mais avermelhado
• Gases da atmosfera: transparentes ao espectrodo visível; 
portanto, absorvem pouca ع solar (ondas curtas)portanto, absorvem pouca ع solar (ondas curtas)
– N2 (79% V. total): pobre em absorção 
– O3,CO2, vapor d’água: absorvem radiação de ondas curta (ultravioleta) 
não é a radiação solar direta que preponderantemente aquece a 
atmosfera
– Radiação solar emitida: 51% alcança a terra re-irradia em 
comprimento de onda maiores (1 a 30 µm) absorvida pelos gases 
da atmosfera; portanto: 
quanto menor a altitude, maior a temperatura (queda média:~6,50C/ km)
– fenômenos ópticos resultado da interação entre luz e matéria
I) Cores
–A cor de um objeto é assim a cor do espectro da radiação solar que ele 
mais reflete, determinada pelo comprimento das ondas eletromagnéticas 
(distância entre as cristas)
• comprimentos mais curtos refletem preponderantemente violeta e azul e 
Fenômenos Ópticos
• comprimentos mais curtos refletem preponderantemente violeta e azul e 
mais longos, vermelho e alaranjado.
• luminosidade de um objeto: muda de acordo com sua temperatura
• ex.: uma haste de ferro submetida a temperaturas cada vez mais altas 
vai alterando sua cor gradativamente para tons que correspondem a 
comprimentos de ondas cada vez menores em relação à temperatura 
inicial, que era menos quente (vai se “avermelhando”).
• cor avermelhada que o céu adquire no início e 
no final do dia: ocorre porque a radiação solar 
atravessa uma camada maior da atmosfera 
(portanto, com mais material particulado), que 
dispersa os outros comprimentos de onda (e 
cores), favorecendo maior difusão da luz, o 
posto acontecendo por volta das 12h (noon).
Na atmosfera estão presentes 
partículas que são agentes de 
espalhamento (difusão) da radiação.
Quando elas são menores do que 1/10 
do λ da radiação que chega, ocorre o
Efeito Rayleigh, que dispersa 
comprimentos mais curtos do espectro 
do visível, fazendo com que vejamos o 
céu azul. Quando percebemos tons 
amarelados (que correspondem a 
comprimentos de ondas mais longas) 
Fenômenos Ópticos
II) Efeitos Rayleigh e Mie
comprimentos de ondas mais longas) 
as ondas mais curtas (que dão a 
coloração azulada) foram perdidas, 
restando assim matizes que 
correspondem a comprimentos um 
pouco maiores.
Quando as partículas maiores 
(capacidade de dispersar λs maiores) 
permanecem, o céu é visto como 
acinzentado/ esbranquiçado: Efeito 
Mie
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 nas 7 cores do espectro, 
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 cor violeta chega em um ângulo de 40° graus, o 
vermelho, em 42°, e as demais 5 cores, entre esses ângulos. Raramente 
conseguimos distinguir todas as cores, pois elas se misturam e se sobrepõem em 
alguma extensão. A largura do arco-íris (portanto, de cada cor) depende, por sua 
vez, do tamanho das gotículas de chuva. 
Fenômenos Ópticos – III) Arco-íris
vez, do tamanho das gotículas de chuva. 
Foto: Ricardo Araki, Campinas, 2007
IV) Halos
Halos surgem após eventos de precipitação, com presença de nuvens mais 
altas (e assim com temperaturas baixas), de sorte que boa parte da água 
existente (senão toda) encontra-se na forma de cristais de gelo, que têm a 
capacidade de refratar a luz, criando esse efeito. 
Fenômenos Ópticos
Foto: Daniel H. Candido, em Santa Bárbara D’Oeste, 2007
Bibliografia
A atmosfera terrestre e balanço de radiação
Earth movements. Mc Knight, T.L. Physical Geography, 1996.
Fluxos de energia. Investigando a Terra,1973.
A radiação e o balanço térmico. Ayoade, J.O. Introdução à 
climatologia para os trópicos,1986.