Balanço de Radiação na Terra

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BALANÇO DE RADIAÇÃO
“Balanço” é a diferença entre a entrada e a saída de elementos de um sistema. 
entrada - saída = balanço
As componentes principais do sistema terrestre importantes para o balanço de radiação, são: superfície, atmosfera e nuvens. 
RADIAÇÃO DO SOL E DA TERRA
Quando a  radiação solar entra no sistema climático da Terra, uma parte é absorvida pela superfície do planeta e outra parte é refletida de volta para o espaço. A radiação solar é um dos principais fatores que asseguram a vida na Terra.
A maioria da energia do Sol é emitida de sua superfície, onde a temperatura é aproximadamente 5.727 ºC. Já a temperatura  média da superfície da Terra é de 15 ºC, ou seja o Sol irradia muito mais energia que a Terra. 
FAIXAS DE RADIAÇÃO
Verificamos que a grande parte da radiação emitida pelo Sol se encontra na faixa espectral em torno de 0,5 m. E a radiação terrestre se concentra na faixa de 10 m. Por esta razão, a radiação solar é denominada radiação de ondas curtas e a terrestre radiação de ondas longas.
DISTRIBUIÇÃO DA RADIAÇÃO
O Sol emite a energia necessária para praticamente toda a vida natural e os movimentos atmosféricos de nosso planeta. Quando a radiação solar atinge a Terra, ela é refletida, espalhada e absorvida nas seguintes proporções: 
ESPALHAMENTO E REFLEXÃO
·30% da radiação perde-se para o planeta por estes processos que constituem o albedo;
ABSORÇÃO ATMOSFÉRICA
·19% é absorvida pela atmosfera;
ABSORÇÃO DA SUPERFÍCIE
·51% da radiação solar restante é absorvida pela superfície do globo.
COMPONENTES DA DISTRIBUIÇÃO DA RADIAÇÃO
Os componentes da distribuição da radiação são: espalhamento e reflexão, absorção atmosférica e absorção da superfície.
ESPALHAMENTO E REFLEXÃO
•6% é espalhada para o espaço pela própria atmosfera;
•20% é refletida pelas nuvens;
•4% é refletida pela superfície da Terra;
ABSORÇÃO ATMOSFÉRICA
•3% da radiação solar restante é absorvida pelas nuvens;
•16% é absorvido pelo vapor de água, as poeiras e outros componentes.
ABSORÇÃO DA SUPERFÍCIE
•25% penetra diretamente na superfície da Terra sem nenhuma interferência da atmosfera;
•26% radiação difundida para a superfície.
O EFEITO DA VEGETAÇÃO
Em um solo coberto de vegetação as folhas absorvem uma grande quantidade de radiação, impedindo a incidência direta na superfície. Entre a vegetação parte da energia  é consumida na evaporação o que afeta significativamente o balanço de energia.
ESPALHAMENTO
Embora a radiação solar incida em linha reta, os gases e aerossóis podem causar o seu espalhamento. Esta insolação difusa é constituída de radiação solar que é espalhada ou refletida de volta para a Terra causando claridade do céu durante o dia e a iluminação de áreas que não recebem iluminação direta do Sol. 
As características do espalhamento dependem, em grande parte, do tamanho das moléculas de gás ou aerossóis. O espalhamento por partículas cujo raio é menor que o comprimento de onda da radiação espalhada é dependente do comprimento de onda.
  
Quando a radiação é espalhada por partículas cujos raios se aproximam ou excedem em aproximadamente até 8 vezes o comprimento de onda da radiação, o espalhamento não depende do comprimento de onda.
Quando o raio das partículas é maior que aproximadamente 8 vezes o comprimento de onda da radiação, a distribuição angular da radiação espalhada pode ser descrita pelos princípios da ótica geométrica. O espalhamento de luz visível por gotas de nuvens, gotas de chuva e partículas de gelo se incluem nestes caso e produzem uma variedade de fenômenos óticos como os arcos-íris e as auréolas.
       raio < compr. de onda : depende do comprimento de onda
raio > até 8X o compr. de onda : não depende do comprimento de onda
raio acima de 8X o compr. de onda : princípios da ótica geométrica
REFLEXÃO
A reflexão ocorre no limite entre dois meios diferentes, quando parte da radiação que atinge este limite é enviada de volta. 
A porção da radiação que é refletida por uma superfície é chamada de albedo. O albedo varia no espaço e no tempo, dependendo da natureza da superfície e da altura do Sol. 
Dentro da atmosfera, os topos das nuvens são os mais importantes refletores. O albedo dos topos de nuvens depende de sua espessura, variando de menos de 40% para nuvens finas a 80% para nuvens espessas. Já o albedo da Terra como um todo é 30%.
ABSORÇÃO NA ATMOSFERA
Quando uma molécula absorve energia na forma de radiação esta energia é transformada em movimento molecular interno causando o aumento da sua temperatura. Por isso, os gases que absorvem melhor a radiação têm papel importante no aquecimento da atmosfera. 
O vapor d'água tem um alto índice de absorção da radiação solar. Juntamente com o oxigênio e o ozônio, o vapor d'água representa a maior parte dos 19% da radiação solar que são absorvidos na atmosfera. 
Ele é responsável pela maior parte da absorção da radiação solar na faixa do infravermelho. Este fenômeno ocorre na troposfera que é onde existe a maior concentração do vapor d'água. 
ABSORÇÃO NA SUPERFÍCIE
Aproximadamente 51% da energia solar que chega ao topo da atmosfera atinge a superfície da Terra. Depois, a maior parte desta energia é irradiada de volta para a atmosfera no intervalo infravermelho.
Neste intervalo, o vapor d'água e o dióxido de carbono são os principais gases absorvedores. O vapor d'água absorve aproximadamente 5 vezes mais radiação terrestre que todos os outros gases combinados.
Como a atmosfera é bastante transparente para a radiação solar (ondas curtas) e mais absorvente para radiação terrestre (ondas longas), a atmosfera é aquecida a partir da radiação emitida pela superfície da própria Terra.
A importância do vapor d'água e dióxido de carbono em manter a atmosfera aquecida é bem conhecida em regiões montanhosas. Topos de montanhas recebem mais radiação que os vales durante o dia, porque há menos atmosfera a atravessar. À noite, porém, a atmosfera menos densa também permite maior perda de calor. Por isso, os vales permanecem mais quentes que as montanhas, mesmo recebendo menos radiação. 
As nuvens também são bons absorvedores de radiação infravermelha (ondas curtas) e tem papel importante em manter a superfície da Terra aquecida, especialmente à noite. Uma grossa camada de nuvens pode absorver a maior parte da radiação terrestre e reirradiá-la de volta. Isto explica porque em noites secas e claras a superfície se resfria bem mais que em noites úmidas ou com nuvens. Mesmo uma cobertura fina, através da qual a Lua é visível, pode elevar a temperatura noturna em torno de 5 °C. 
A COR DO CÉU – 1
Por que o céu e azul?
O Sol emite luz branca que é composta de todas as cores visíveis em um arco-íris. Esta luz ao atravessar a atmosfera terrestre colide com moléculas que dispersam em todas as direções as ondas luminosas nas freqüências altas, tais como o azul e o violeta.
De modo geral podemos dizer que o céu é azul porque a dispersão ocorre com muito mais intensidade para as ondas luminosas de freqüências altas, como o azul e o violeta. Desta forma, quase toda a luz de cor azul é espalhada ao redor do céu em todas as direções. 
A predominância da cor azul em relação a violeta se explica porque a energia da radiação solar contida no azul é muito maior que a contida no violeta. Além disso, o olho humano é mais sensível à luz azul que à luz violeta. 
A COR DO CÉU - 2
A medida em que vamos subindo na atmosfera vão diminuindo os agentes causadores do espalhamento. Nestes casos, o céu longe do disco solar vai gradualmente escurecendo até tornar-se totalmente escuro. Por sua vez o Sol aparece cada vez mais branco e brilhante. 
A COR DO CÉU – 3
Nas regiões onde o Sol nasce ou se põe a radiação solar percorre um caminho mais longo através das moléculas de ar, portanto mais luz azul é espalhada. Quando chega ao observador, resta apenas a radiação do extremo vermelho do espectro visível. 
Este fenômeno
se acentua em dias nos quais pequenas partículas de poeira ou fumaça estão presentes.
A COR DAS NUVENS
As nuvens são brancas pois a radiação incidente é espalhada igualmente em todos os comprimentos por partículas de um determinado tamanho. E a mistura de todos os comprimentos de onda do espectro visível resulta na cor branca.
Partículas que compõem as nuvens (pequenos cristais de gelo ou gotículas de água) e a maior parte dos aerossóis atmosféricos espalham a luz do Sol desta maneira. 
Por isso, as nuvens parecem brancas. E quando a atmosfera contém grande concentração de aerossóis o céu inteiro aparece esbranquiçado.
O CÁLCULO DO BALANÇO DE ENERGIA
A radiação global pode ser medida com instrumentos que registram a energia que atinge o solo. Na falta destes instrumentos, a radiação global pode ser estimada a partir das horas de insolação.
Suponha-se que um feixe de radiação Qo penetre no limite mais extremo da atmosfera. Durante seu percurso parte desta radiação será absorvida, outra difundida e, finalmente, uma terceira atinge a superfície da Terra. A fração difundida pela atmosfera constitui-se de uma parte que retorna ao espaço sideral e a outra parte que atinge a superfície da terra denomina-se radiação do céu Qc.  
A parte da radiação que não sofreu alteração ao atravessar a atmosfera, é denominada radiação direta Qd. Assim, a radiação que por fim chega até a superfície da Terra é denominada de radiação global Qg. A radiação global pode ser calculada por:
Qg = Qc + Qd
A unidade da radiação solar é: cal/cm2.dia.
A radiação global pode ser medida com instrumentos especiais (actinógrafos ou solarímetros) que registram a energia que atinge o solo. Na falta destes instrumentos, Qg pode ser estimada a partir das horas de insolação.