“O AQUECIMENTO DA ATMOSFERA” RADIAÇÃO SOLAR E TERRESTRE

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  • O AQUECIMENTO DA ATMOSFERA

    RADIAO SOLAR E TERRESTRE

  • Radiao = Modo de transferncia de energia por ondas eletromagnticas nica forma de transferncia de energia sem a presena de um meio funciona melhor no vcuo (espao vazio)

    Radiao = a nica forma da Terra receber energia do Sol

    Os movimentos (a circulao atmosfrica) so energizados pela radiao

    Da geometria Terra-Sol conhecemos:as variaes espaciais e temporais da radiao recebida no topo da atmosfera

    A composio atmosfrica : importante para a radiao recebida na superfcie O3 radiao UV, radiao de onda curta H2O & CO2 radiao IV (IR), efeito estufa, radiao de onda longa diferentes tipos de radiaoRADIAO1. Introduo

  • as ondas de radiao (ondas eletromagnticas)

    so campos eltricos (E) e magnticos (M)

    se movendo na velocidade da luz se propagando em todas as direes em linha reta2. Radiao Eletromagntica

  • A radiao eletromagntica descrita por trs variveis interdependentes : comprimento de onda lambda [m, m] freqncia nu [s-1, Hz] velocidade c [m s-1](c = velocidade da luz ~ 300.000 Km/s)Caractersticas da Radiao Eletromagnticacristacavadoespectro

  • FIGURE 2.6 RadiationTIPOS DE Radiao Eletromagntica

  • Espectro de Radiao a distribuio de energia radiante sobre os diferentes comprimentos de onda (ou freqncias)

    Em meteorologia : somente uma pequena parte do espectro EM tem importncia: faixa da radiao ultravioleta (UV) faixa da radiao visvel faixa da radiao infravermelha (IV-IR)3. Espectro de Radiao (ou espectro eletromagntico)

  • Radiation in the Earth-Atmosphere System shortwave radiation: only solar radiation longwave radiation: IR radiation emitted by the E/A-systemRADIAAO NO SISTEMA TERRA-ATMOSFERA

  • (i) Principios Gerais

    Todos os corpos emitem radiao- a quantidade de energia e o comprimento de onda depende principalmente da temperatura de emisso- quanto maior a Temperatura mais os eletros vibram- menor o comprimento de onda ( maior a freqncia)- mais radiao total emitida

    Quando qualquer radiao absorvida por um corpo:- aumenta o movimento molecular aumenta a temperatura

    (ii) Corpos Negros e Corpos Cinzas todo objeto ou corpo que absorve toda a radiao incidente chamado de CORPO NEGRO uma idealizao: corpos perfeitamente negros no existem geralmente, uma boa aproximao para a absoro em uma determinada faixa de comprimentos de onda muitas substncia naturais se comportam aproximadamente como corpos negros4. As Leis da Radiao

  • um corpo negro tambm um emissor ideal

    o espectro de emisso segue uma lei geral (curva de Planck) que descreve a mxima emisso possvel para uma dada temperatura

    comumente usada como comparao padro para espectros de emisso um corpo negro tem uma eficincia ideal de emisso, chamada emissividade : = 1

    um objeto ou corpo com uma eficincia de emisso menor que a ideal (para todos os mesmos comprimentos de onda) chamado de corpo cinza: um corpo cinza tem uma eficincia de emisso no-ideal : emissividade < 1 geralmente uma boa aproximao para o espectro de emisso de corpos ou objetos reais

  • Exemplos de CURVAS DE PLANCK

  • A energia irradiada pelos corpos ocorrem sobre uma grande faixa de comprimentos de ondas.

    Devido a sua alta temperatura (~6000 K), a emisso por unidade de rea do Sol (a) 160.000 vezes mais intensa que a emitida pela mesma rea pela Terra (b).

    A radiao solar tambm composta por comprimentos de ondas mais curtas do que a radiao emitida pela Terra.Exemplos de CURVAS DE PLANCK

  • (iii) Reflexo Absoro Transmisso

    somente 3 coisas podem acontecer, quando radia com um comprimento de onda, , atinge um objeto:

    1. Parte ou toda ela pode ser refletida: a frao refletida: refletividade, essa parte no interage com o objeto , ela rejeitada

    2. Parte ou toda ela pode ser absorvida: frao absorvida: absorvidade, a essa parte aumenta a temperatura do objeto a energia radiativa convertida em calor

    3. Parte ou toda ela pode ser transmitida: frao transmitida: transmissividade, t esta parte no interage com o objeto, ela simplesmente passa atravs dele

    Com existe somente essas possibilidades, ento, do principio de conservao:

    + a + t = 1

  • Albedo

    Table 2-2, p.40

  • (iv) Stefan-Boltzmann Law: D o fluxo total de energia

    Todos os corpos ou substancias emitem radiao proporcional quarta potencia de sua temperatura absoluta

    Fluxo total de Energia emitido: Ftot [W m-2] :

    Ftot = T4

    Onde : emissividade (0 ~ 1); depende do tipo de substncia constante de Stefan-Boltzmann = 5.67 10-8 [W m-2 K-4]T temperatura absoluta do objeto emissor [K]

  • (v) Lei do Deslocamento de Wien:Fornece o comprimento de onda de mxima emisso

    O aumento da temperatura de um objeto no somente aumenta a sua emisso total de energia radiante, mas tambm muda sua emisso de energia para comprimentos de ondas menores, numa proporo inversa de sua temperaturaOnde : max - comprimento de onda [m] a - constante: 2898 [m K] T temperatura absoluta [K]

  • FIGURE 2.7 Fig. 2-7, p.34

  • FIGURE 2.8 Fig. 2-8, p.34

  • INFLUNCIAS da ATMOSFERA SOBRE A RADIAO

  • 1. INTRODUOBALANO GLOBAL DE RADIAO DE ONDA CURTA (uma viso geral)

    ~ 30 % da radiao solar refletida pelas nuvens, gases atmosfricos e pela superfcie

    ~ 25 % da radiao solar absorvida pela atmosfera (nuvens, gases atmosfricos, aerosois)

    ~ 45 % da radiao solar absorvida pela superfcie (oceanos, superfcie dos continentes)

  • Influncia das NUVENS no Balano de Radiao de Onda CurtaCondies de cu claro (sem nuvens):

    ~ 70 % da radiao solar absorvida pela superfcie(55% de radiao direta e 15% de radiao difusa)

    somente ~ 13 % da radiao solar refletida

    Condies nebulosas (cu coberto):

    ~ 25 % da radiao solar absorvida pela superfcie(4% de radiao direta e 21% de radiao difusa)

    ~ 51 % da radiao solar refletida

  • 2. Reflexo e Espalhamento da RadiaoReflexo: redirecionamento da radiao pela superfcieReflexo especular (espelho)Reflexo difusa ou espalhamento

  • 2. Reflexo e Espalhamento da RadiaoEspalhamento: por molculas de gs ou por pequenas partculas ou gotculas

  • CU azul e NUVENS brancas :Espalhamento Rayleigh e Espalhamento Mie MOLECULAS DO AR tendem a espalhar mais o comprimentos de ondas mais curtos, e em todas as direes lado mais azul do espectro visvel a radiao difusa (do cu) parece azul PARTICULAS (gotculas e aerossois) tendem a espalhar igualmente todos os comprimentos de onda, e mais para a frente do que para trs (espalhamento para trs ~ reflexo) mistura de todas as cores : luz branca nuvens, neblina, nevoeiro parecem brancos, cinza ou leitoso

  • 3. TRANSMISSO da Radiao atravs da Atmosferaquantidade de radiao que resta aps atravessar toda a atmosferaNo topo da atm.: a luz (branca) solar comea a ser espalhada, principalmente sua parte azulQuando a rad. avana pela atm., mais rad. azul espalhada para fora do feixe direto (e transmitida como rad. difusa) mltiplos espalhamentosNa superfcie a maior parte da luz transmitida no feixe direto a luz amarela e vermelha por do sol ou nascer do sol vermelho

  • 4. ABSORO da Radiao na AtmosferaABSORO: converso de radiao em calor -> aumenta a temperatura da substancia absorvedoraLEI DE KIRCHOFF:Se uma substncia um emissor eficiente em uma dada faixa de comprimentos de onda, ela tambm um eficiente absorvedor na mesma faixa de comprimento de onda: = a

    ABSORO SELETIVA: a absorvidade dos gases atmosfricos altamente especifica a determinadas bandas espectrais ou a faixas de comprimentos de onda

  • ABSORO SELETIVAAbsorvedores da RADIAO SOLAR (OC):- absorvedores de UV: oznio (O3) e oxignio (O2)- no visvel : (0,4 a 0,7 m) : quase nada (janela)

    Absorvedores de RAD. TERRESTRE (OL):- absorvedores de IV: H2O, CO2, N2O, O3, O2- pico da radiao terrestre (8 a 12 m) : quase nada (janela)A atmosfera transparente para a radiao solar mas quase opaca para a radiao terrestre: aprisionamento de radiao por efeito estufa

  • Espectro da radiao solar no topo da atmosfera (curva superior) e no nvel do mar (curva inferior), para atmosfera mdia e sol no znite.A rea entre as duas curvas representa a diminuio da radiao devido a: Retro-espalhamento e absoro por nuvens e aerossis e retro-espalhamento por molculas do ar (rea no sombreada) e absoro por molculas do ar (rea sombreada) janelano visivelUV

  • Absortividade de alguns gases da atmosfera e da atmosfera como um todo : as janelas IVVISUVjanelas

  • O que acontece se fechar as janelas?Janela da rad. visivel:- aumentar a cobertura de nuvem, e/ou os aerossis refletores- aumentar o albedo global- reduo da entrada de energia no sistema Terra-Atmosfera- EFEITO DE ESFRIAMENTO

  • O que acontece se fechar as janelas?Janela da rad. de onda longa:- aumentar H2O, CO2 ou outros gases do efeito estufa- aumentar a absoro de IV na atmosfera- EFEITO DE AQUECIMENTO- ou (aumento do) EFEITO ESTUFA

  • Efeito estufahttp://eobglossary.gsfc.nasa.gov/Laboratory/PlanetEarthScience/GlobalWarming/GW.html

    *****FIGURE 2.6 Radiao caracterizada de acordo com o comprimento de onda. Quando o comprimento de onda diminui, a energia carregada pela onda aumenta.*********Albedo****FIGURA 2.7 Espectro eletromagntico do sol e alguns dos nomes descritivos de cada regio. Os nmeros de baixo da curva aproximam o percentual da energia que o sol irradia em vrias regies espectrais.**FIGURA 2.8 O sol mais quente irradia no somente mais energia do que a terra mais fresca (a rea sob a curva), mas irradia tambm a maior parte de sua energia em uma banda mais curta de comprimento de onda. (A rea sob as curv

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