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Apostila de Agrometeorologia

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(c) 
Figura 3. Curvas de radiação solar global (a) céu sem nuvens (19/09/96) (b) céu parcialmente 
nublado (15/09/96) (c) céu nublado (13/12/96). 
 
 
2.4.1.3 Variação anual da radiação solar global 
Como de se esperar, a variação anual da radiação solar global exibe valor mínimo em 
junho e valores máximos nos extremos da curva. Cabe informar que essa medida foi feita na cidade 
de Botucatu, cujas coordenadas geográficas são: Latitude 22º 54’ Sul e Longitude 48º 27’ Oeste. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4. Variação anual da radiação solar global 
 
2.5 ESPALHAMENTO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS. 
Dez5JanFevMarAbr MaiJun Jul AgoSetOutNovDez6
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Quando uma onda eletromagnética atravessa um átomo (ou molécula), perturba o 
movimento dos elétrons ligados, e o átomo (ou molécula) pode ficar em um estado excitado. Por um 
processo recíproco, uma vez que os elétrons atuam como dipolos elétricos (duas cargas iguais e 
opostas separadas por uma distância muito pequena) em oscilação forçada, o átomo excitado pode 
emitir radiação eletromagnética de freqüência igual à da onda incidente sem atraso apreciável de 
tempo. A energia que o átomo emite é a absorvida da onda incidente . Esse processo é chamado de 
espalhamento. 
No processo de espalhamento, a intensidade da onda primária, ou incidente, decresce 
porque a energia absorvida da onda é reemitida em todas as direções, resultando em uma efetiva 
remoção de energia da radiação primária. 
Verificou-se experimentalmente que a intensidade da onda difundida depende da 
freqüência da onda primária e do ângulo de espalhamento. 
A intensidade da radiação difundida deve ser maior nas freqüências nas quais a energia 
de absorção da onda é maior, e essas são as mesmas freqüências do espectro de emissão do átomo. 
Outra propriedade interessante é que, para gases cujas moléculas tem um espectro de emissão na 
região ultravioleta, a difusão de ondas eletromagnéticas da região visível aumenta com sua 
freqüência. Isso é fácil de entender, desde que quanto maior a freqüência na região visível, mais 
perto estará ela da freqüência de ressonância ultravioleta da molécula, e maior será a amplitude das 
oscilações forçadas. Isso resulta em um espalhamento maior. O brilho e o azul do céu são atribuídos 
à difusão da luz azul do sol pelas moléculas do ar atmosférico. Em particular, a cor azul é o 
resultado do espalhamento mais intenso das freqüências maiores (ou comprimentos menores). O 
mesmo processo explica a cor vermelho-brilhante observada ao nascer e ao por do sol , quando os 
raios do mesmo atravessam uma grande espessura de ar antes de alcançar à superfície da Terra, 
resultando uma forte atenuação para as freqüências altas (ou comprimento de onda curto ), 
em virtude do espalhamento. 
O espalhamento pode também ser produzido por pequenas partículas (tais como de 
fumaça ou poeira) ou gotas d’água suspensas no ar. 
 
2.5.1 Espalhamento de Rayleigh. 
 
25 
O conhecimento acerca da radiação solar avançou muito rapidamente durante a 
última metade do século 19, devido ao trabalho de três fontes de trabalho: instrumentação, 
observação e teoria. 
A teoria da transferência radiativa num meio espalhador foi firmada em bases 
teóricas por um proeminente físico inglês John Willian Strutt, posteriormente pelo Lord 
Rayleigh, em 1871, através de sua famosa explicação sobre a polarização e cor da luz do céu. 
A teoria de Rayleigh é postulada na consideração de que as partículas espalhadoras são 
de pequenas dimensões comparadas com o comprimento de onda da radiação. Essas pequenas 
partículas, como moléculas, e partículas muito menores como aerossóis, tornaram-se conhecidas 
como partículas de Rayleigh, e uma atmosfera composta destas pequenas partículas é denominada 
de atmosfera de Rayleigh. 
Embora a teoria de Rayleigh tenha explicado muitas características observadas sobre a 
luz celeste, ela não previu a existência de pontos neutros como aqueles já observados por Arago, 
Babinet e Brewster. O físico francês J. L. Soret tentou, em 1888, explicar os pontos neutros 
observados como sendo devido a um espalhamento secundário da radiação na atmosfera, enquanto 
que o modelo de Rayleigh considerava somente um espalhamento primário (simples) pelas 
moléculas gasosas. 
Os efeitos óticos produzidos pelas cinzas vulcânicas injetadas na atmosfera pela erupção 
do vulcão Krakatoa, em 1883, gerou uma avalanche de interesses nas medidas da luz celeste. 
Durante os anos após a erupção do Krakatoa, a física experimental francesa Marie Alfred Cornu 
apresentou um método de medida da polarização da luz com um alto grau de perfeição, por meio de 
um fotopolarímetro (1890) baseado na combinação de um prisma Nicol polarizante e de uma mesa 
giratória. 
Da observação atmosférica com seu fotopolarímetro, Cornu primeiramente observou um 
fato, agora bem conhecido, que o grau de polarização da luz celeste varia com o comprimento de 
onda da radiação solar. Uma das considerações da análise de Rayleigh é que as partículas 
espalhadoras tem caráter isotrópico. 
Espalhamento é o processo pelo qual as moléculas do meio e as pequenas partículas em 
suspensão no meio difunde a porção da radiação incidente em todas as direções. 
A lei de Rayleigh estabelece que as moléculas interceptam e espalham a radiação 
com uma eficiência proporcional a 1/ 4. Assim, a luz azul será espalhada em torno de 10 
 
26 
vezes mais efetivamente do que a luz vermelha. Por isso o céu é azul. Os raios diretos da 
radiação solar que penetra na atmosfera é enriquecido da luz vermelha como resultado do 
espalhamento da luz azul. 
A teoria do espalhamento da luz na atmosfera inicialmente apareceu relacionada com a 
tentativa de explicar a cor azul do céu. A mais importante contribuição neste campo foi feita por 
Lord Rayleigh, satisfeito por descobrir que as moléculas de ar eram as causadoras do espalhamento 
da luz. Esta premissa da teoria de Rayleigh, no entanto, não estava totalmente completa. Realmente, 
o assim chamado espalhamento molecular de Rayleigh é o espalhamento da luz causado pela 
flutuação da densidade. Investigações posteriores mostraram que não somente flutuações da 
densidade, mas também flutuações da unisotropia molecular pode determinar o espalhamento da 
luz. 
São as seguintes considerações fundamentais da teoria de Rayleigh. 
a) As dimensões das partículas espalhadoras são pequenas em comparação com o 
comprimento de onda. As partículas são esféricas (não necessariamente). 
b) As partículas espalhadoras e o meio não são condutores e não contém cargas elétricas 
livres. 
c) As constantes dielétricas da partícula espalhadora e do meio diferem muito pouco. O índice 
de refração da partícula não é muito alto. 
d) As partículas espalham a luz independentemente umas das outras. 
 
Observações sobre a atenuação da radiação solar incidente pela atmosfera mostram que 
em condições de claridade máxima do ar, a atenuação da radiação solar no espectro visível é, em 
alto grau, causada pelo espalhamento de Rayleigh. 
Tendo comparado os resultados computados por Rayleigh e os coeficientes de 
espalhamento por aerossóis, Bullrich, citado por Kondratyev, mostrou que a