““O AQUECIMENTO DA ATMOSFERA”O AQUECIMENTO DA ATMOSFERA”

RADIAÇÃO RADIAÇÃO SOLAR E TERRESTRESOLAR E TERRESTRE

Radiação = Modo de transferência de energia• por ondas eletromagnéticas• única forma de transferência de energia sem a presença de um meio• funciona melhor no vácuo (espaço vazio)

Radiação = a única forma da Terra receber energia do Sol

• Os movimentos (a circulação atmosférica) são “energizados” pela radiação

• Da geometria Terra-Sol conhecemos:as variações espaciais e temporais da radiação recebida no topo da atmosfera

• A composição atmosférica : importante para a radiação recebida na superfície

• O3 → radiação UV, radiação de onda curta• H2O & CO2 → radiação IV (IR), efeito estufa, radiação de onda longa

diferentes tipos de radiação

RADIAÇÃO1. Introdução

• as ondas de radiação (ondas eletromagnéticas)são “campos” elétricos (E) e magnéticos (M)

• se movendo na “velocidade da luz”• se propagando em todas as direções em linha reta

2. Radiação Eletromagnética

A radiação eletromagnética é descrita por três variáveis interdependentes :• comprimento de onda → λ “lambda” [m, μm]

• freqüência → ν “nu” [s-1, Hz]• velocidade → c [m s-1]

(c = “velocidade da luz” ~ 300.000 Km/s)

Características da Radiação Eletromagnética

“crista” “cavado”espectro

TIPOS DE Radiação Eletromagnética

“Espectro de Radiação” é a distribuição de energia radiante

sobre os diferentes comprimentos de onda (ou freqüências)Em meteorologia : somente uma pequena parte do espectro EM tem importância:• “faixa” da radiação ultravioleta (UV)• “faixa” da radiação visível• “faixa” da radiação infravermelha (IV-IR)

3. Espectro de Radiação (ou espectro eletromagnético)

Radiation in the Earth-Atmosphere System• shortwave radiation: only solar radiation• longwave radiation: IR radiation emitted by the E/A-system

RADIAÇAO NO SISTEMA TERRA-ATMOSFERA

(i) Principios Gerais

• Todos os corpos emitem radiação- a quantidade de energia e o comprimento de onda depende principalmente

da temperatura de emissão- quanto maior a Temperatura – mais os eletros vibram- menor é o comprimento de onda ( maior é a freqüência)- mais radiação total é emitida

• Quando qualquer radiação é 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 radiação incidente é chamado de

CORPO NEGRO→ é uma idealização: corpos perfeitamente negros não existem→ geralmente, é uma boa aproximação para a absorção

em uma determinada faixa de comprimentos de onda→ muitas substância naturais se comportam aproximadamente como corpos negros

4. As Leis da Radiação

• um corpo negro é também um emissor ideal

→ o espectro de emissão segue uma lei geral (curva de Planck) que descreve a máxima emissão possível para uma dada temperatura

→ é comumente usada como comparação padrão para espectros de emissão

→ um corpo negro tem uma eficiência ideal de emissão, chamada emissividade : ε = 1

• um objeto ou corpo com uma eficiência de emissão menor que a ideal (para todos os mesmos comprimentos de onda)

é chamado de corpo cinza:→ um corpo cinza tem uma eficiência de emissão não-ideal :

emissividade ε < 1→ é geralmente uma boa aproximação

para o espectro de emissão 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 emissão por unidade

de área do Sol (a) é 160.000 vezes mais intensa que a emitida pela mesma área pela Terra (b).

A radiação solar é também composta por comprimentos de

ondas mais curtas do que a radiação emitida pela Terra.

Exemplos de CURVAS DE PLANCK

(iii) Reflexão – Absorção – Transmissão

• somente 3 coisas podem acontecer, quando radiaçãÒ com um comprimento de onda, λ, atinge um objeto:

1. Parte ou toda ela pode ser refletida:→ a fração refletida: refletividade, αλ

→ essa parte não interage com o objeto , ela é rejeitada

2. Parte ou toda ela pode ser absorvida:→ fração absorvida: absorvidade, aλ

→ essa parte aumenta a temperatura do objeto→ a energia radiativa é convertida em calor

3. Parte ou toda ela pode ser transmitida:→ fração transmitida: transmissividade, tλ

→ esta parte não interage com o objeto, ela simplesmente passa através dele

Com existe somente essas possibilidades, então, do principio de conservação:

αλ + aλ + tλ = 1

Table 2-2, p.40

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

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

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

Ftot = ε σ T4

Onde :ε – emissividade (0 ~ 1); depende do tipo de substânciaσ – 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 máxima emissão

O aumento da temperatura de um objeto não somente aumenta a sua emissão total de energia radiante, mas também muda sua emissão de energia para comprimentos de ondas menores, numa proporção inversa de sua temperatura

Onde :• λmax - comprimento de onda [μm]• a - constante: 2898 [μm K]• T – temperatura absoluta [K]

Fig. 2-7, p.34

Fig. 2-8, p.34

INFLUÊNCIAS da ATMOSFERA SOBRE A RADIAÇÃO

1. INTRODUÇÃOBALANÇO GLOBAL DE RADIAÇÃO DE

ONDA CURTA (uma visão geral)

• ~ 30 % da radiação solar é refletida pelas nuvens, gases atmosféricos e pela superfície

• ~ 25 % da radiação solar é absorvida pela atmosfera (nuvens, gases atmosféricos, aerosois)

• ~ 45 % da radiação solar é absorvida pela superfície (oceanos, superfície dos continentes)

Influência das NUVENS no Balanço de Radiação de Onda Curta

• Condições de céu claro (sem nuvens):

~ 70 % da radiação solar é absorvida pela superfície(55% de radiação direta e 15% de radiação difusa)

somente ~ 13 % da radiação solar é refletida

• Condições nebulosas (céu coberto):

~ 25 % da radiação solar é absorvida pela superfície(4% de radiação direta e 21% de radiação difusa)

~ 51 % da radiação solar é refletida

2. Reflexão e Espalhamento da Radiação

• Reflexão: redirecionamento da radiação pela superfície

Reflexão especular (espelho)

Reflexão difusa ou espalhamento

2. Reflexão e Espalhamento da Radiação

• Espalhamento: por moléculas de gás ou por pequenas partículas ou gotículas

CÉU 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 direções

→ lado mais “azul” do espectro visível

→ a radiação difusa (do céu) parece “azul”

• PARTICULAS (gotículas e aerossois) tendem a espalhar igualmente todos os comprimentos de onda, e mais para a frente do que para trás (espalhamento para trás ~ reflexão)

→ mistura de todas as cores : luz branca

→ nuvens, neblina, nevoeiro parecem brancos, cinza ou “leitoso”

3. TRANSMISSÃO da Radiação através da Atmosfera

“quantidade de radiação que resta após atravessar toda a atmosfera”

a) No topo da atm.: a luz (branca) solar começa a ser espalhada, principalmente sua parte “azul”

b) Quando a rad. avança pela atm., mais rad. azul é espalhada para fora do feixe direto (e transmitida como rad. difusa) → múltiplos espalhamentos

c) Na superfície a maior parte da luz transmitida no feixe direto é a luz amarela e vermelha → por do sol ou nascer do sol vermelho

4. ABSORÇÃO da Radiação na AtmosferaABSORÇÃO: conversão de radiação em calor -> aumenta a temperatura da substancia

absorvedora

LEI DE KIRCHOFF:Se uma substância é um emissor eficiente em uma dada faixa

de comprimentos de onda, ela também é um eficiente absorvedor na mesma faixa de comprimento de onda:

ελ = aλ

ABSORÇÃO SELETIVA:

a absorvidade dos gases atmosféricos é altamente especifica a determinadas bandas espectrais ou a

faixas de comprimentos de onda

ABSORÇÃO SELETIVA• Absorvedores da RADIAÇÃO SOLAR (OC):

- absorvedores de UV: ozônio (O3) e oxigênio (O2)- no visível : (0,4 a 0,7 μm) : quase nada (“janela”)

• Absorvedores de RAD. TERRESTRE (OL):- absorvedores de IV: H2O, CO2, N2O, O3, O2- pico da radiação terrestre (8 a 12 μm) : quase nada (“janela”)

“A atmosfera é transparente para a radiação solar mas quase opaca para a radiação terrestre:

“aprisionamento de radiação por efeito estufa”

Espectro da radiação solar no topo da atmosfera (curva superior) e no nível do mar (curva inferior), para

atmosfera média e sol no zênite.A área entre as duas curvas representa a diminuição da radiação devido a: 1) Retro-espalhamento e absorção por nuvens e aerossóis e retro-espalhamento

por moléculas do ar (área não sombreada) e 2) absorção por moléculas do ar (área sombreada)

“janela”no visivelUV

Absortividade de alguns gases da atmosfera e da atmosfera como um todo : as “janelas”

IVVISUV

“janelas”

O que acontece se “fechar as janelas”?

• Janela da rad. visivel:- aumentar a cobertura de nuvem, e/ou os

aerossóis refletores- aumentar o albedo global- redução 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 absorção de IV na atmosfera

- EFEITO DE AQUECIMENTO- ou (aumento do) EFEITO ESTUFA

Efeito estufa

http://eobglossary.gsfc.nasa.gov/Laboratory/PlanetEarthScience/GlobalWarming/GW.html