1 variabilidade da radiação solar
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OS RECURSOS NATURAIS DE QUE A POPULAÇÃO DISPÕE: USOS, LIMITES E POTENCIALIDADES
A radiação solar
1- A ATMOSFERA E A RADIAÇÃO SOLAR2- OS FATORES QUE INFLUENCIAM A VARIAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR3- DISTRIBUIÇÃO GEOGRÁFICA DA RADIAÇÃO SOLAR
“O conhecimento do ambiente climático de um país é fundamental para se perceber as paisagens, o quadro de vida dos seus habitantes, antes de se proceder a qualquer tentativa de ordenamento e de uso sustentado do território. (…) Os elementos considerados mais importantes para caracterizar o ambiente climático do território português são a radiação solar, a temperatura e a precipitação, cuja distribuição espacial e variação no tempo fixam as características do balanço hídrico”.
Denise de Brum Ferreira, “As Características do Clima de Portugal”,Geografia de Portugal – O Ambiente Físico, Vol. I (adaptado)
A variabilidade da radiação solar em Portugal
A variabilidade da radiação solar em Portugal
O Sol constitui a principal fonte de luz e calor do nosso planeta.
1- A ATMOSFERA E A RADIAÇÃO SOLAR
O Sol atua como um reator nuclear gigantesco, produzindo energia através da conversão gradual dos seus recursos de
hidrogénio em hélio, por meio da fusão nuclear.
O Sol (gigantesca bola de gases incandescentes) é a principal e praticamente única fonte de energia da Terra, devido ao facto de ser a estrela mais próxima do Planeta (cerca de 150 milhões de km). Sem o Sol, a Terra passava rapidamente a ser um planeta gelado e sem vida.O Sol irradia para o espaço, em todas as direções, quantidades de energia elevadíssimas – radiação solar.
A energia solar é uma fonte de vida responsável por todos os processos físicos e químicos e pelos fenómenos biológicos e meteorológicos que se fazem sentir à superfície da Terra.
Assim, deve-se à radiação solar:> o ciclo da água ou ciclo hidrológico;> a desigual repartição da temperatura;> a diversidade de climas, desde os climas frios das regiões polares, passando pelos temperados das latitudes médias, aos quentes e húmidos das regiões equatoriais.
Natureza da radiação solar
A radiação solar é um fenómeno de natureza eletromagnética que se propaga segundo um movimento ondulatório a cerca de 300 000 km/s.
O espetro solar é constituído por:
> radiações visíveis – correspondem às sete cores do arco-íris (com um comprimento de onda entre os 0,4 μm e 0,78 μm), designando-se vulgarmente por janela ótica.
> radiações invisíveis – com um comprimento de onda inferior a 0,4 μm (para a esquerda das radiações visíveis) surgem as bandas do ultravioleta, dos raios X, dos raios Y (gama) e dos raios cósmicos. Com um comprimento de onda superior a 0,78 μm (para a direita das radiações visíveis) surgem as bandas do infravermelho, das ondas rádio ou ondas hertzianas.
A enorme quantidade de energia produzida pelo Sol é enviada para o espaço sob a
forma de radiação eletromagnética.
• Esta radiação viaja à velocidade da luz, em vários
comprimentos de onda que, no seu conjunto, formam o
espetro solar.
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Espetro eletromagnético ou espetro solar
A atmosfera e a sua composição química:Até cerca de 80km de altitude: Gases de concentraçãoo azoto (78%) e o oxigénio (21%). permanente
A partir dos 80 km de altitude:os gases mais raros como o árgon e o néon deixam de estar presentes, verificando-se uma maior concentração de hélio.
Há também gases de concentração variável, mas muito relevantes do ponto de vista meteorológico:Vapor de água, dióxido de carbono, metano e ozono.
Além destes gases existem na atmosfera partículas sólidas: as poeiras, fumos, sais minerais e microrganismos presentes na atmosfera são muito importantes do ponto de vista meteorológico, pois é em torno delas que se dá a condensação do vapor de água (núcleos de condensação). Os fumos e as poeiras existentes na atmosfera das cidades são responsáveispela formação de nebulosidade.
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Composição da atmosfera
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• A atmosfera apresenta características diferentes de
acordo com a altitude;
• pode dividir-se nas seguintes subcamadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera.
Fig. Estrutura vertical da atmosfera
A ESTRUTURA VERTICAL DA ATMOSFERA
ATMOSFERA
• camada inferior da atmosfera; está em contacto direto com a superfície da
Terra.
• espessura média: aproximadamente 12 km.
• camada agitada, caracterizada pela instabilidade do ar;
• nela ocorrem os principais fenómenos meteorológicos.
• temperatura diminui com a altitude (cerca de 0,6 ºC por cada 100 m –
gradiente térmico vertical).
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Fig. Estrutura vertical da atmosfera
TROPOSFERA
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• situa-se entre a tropopausa e a estratopausa;
• a temperatura aumenta com a altitude; mantem-se praticamente
constante até aos 20 km.
• aumento da temperatura deve-se à absorção da radiação ultravioleta
pelo ozono (O3).
Estrutura vertical da atmosfera
ESTRATOSFERA
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• temperatura diminui à medida que a altitude aumenta; no seu
limite superior, a temperatura é da ordem dos -80 ºC.
• na termosfera, a temperatura aumenta à medida que se sobe
em altitude, podendo atingir valores de 1400 ºC, aos 500 km,
e de 2000 ºC no seu limite superior.
Fig. Estrutura vertical da atmosfera
MESOSFERA
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• corresponde à parte superior da atmosfera, situando-se
acima da termopausa.
• a densidade do ar é extremamente baixa e, por isso, alguns não a consideram como
fazendo parte da atmosfera propriamente dita, mas apenas como sendo uma camada de transição da atmosfera para o
espaço interplanetário.
Fig. Estrutura vertical da atmosfera
EXOSFERA
O sol irradia para o espaço, em todas as direções, quantidades de energia, sob a forma de luz e calor, elevadíssimas – a radiação solara radiação solar.
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Contudo, de toda a radiação solar recebida no topo da atmosfera, só uma parte chega à superfície terrestre. Na verdade, apenas cerca de metade dessa radiação atinge a superfície terrestre, devido aos processos atmosféricos que fazem com que a outra metade não chegue até nós.
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Balanço energético da Terra
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Contudo, a Terra recebe energia solar durante o dia, mas também liberta Contudo, a Terra recebe energia solar durante o dia, mas também liberta energia, sobretudo, durante a noite, o que pressupõe que que a energia, sobretudo, durante a noite, o que pressupõe que que a quantidade de calor que entra é semelhante ao que é libertado. Isso quantidade de calor que entra é semelhante ao que é libertado. Isso permite uma situação de permite uma situação de Equilíbrio TérmicoEquilíbrio Térmico..
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• e pelo vapor de água, dióxido de carbono, poeiras e nuvens, que, já
na troposfera, retêm sobretudo radiações de grande comprimento
de onda (infravermelhas).
A absorção é feita essencialmente pelo ozono estratosférico, que absorve grande parte das radiações
ultravioletas…
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A difusão resulta de inúmeras reflexões dos raios solares sobre
as moléculas dos gases constituintes da atmosfera e,
sobretudo, sobre as partículas sólidas que se encontram em
suspensão na atmosfera (poeiras e impurezas).
Embora parte desta radiação se disperse para a alta atmosfera e para o espaço interplanetário, outra parte acaba por atingir a
superfície da Terra – é a chamada radiação difusa.
A radiação difusa, ao atingir o solo, junta-se à radiação solar direta e forma a radiação solar global, que corresponde a pouco
mais de metade da constante solar.
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A radiação global é, então, absorvida pela superfície da Terra e rapidamente convertida em energia calorífica, sendo
posteriormente reenviada para a atmosfera, em igual quantidade à que havia sido recebida, através da radiação terrestre.
• tendo em conta que a quantidade de energia recebida à superfície é igual à devolvida para a atmosfera, através da
emissão de radiações de grande comprimento de onda (radiação calorífica), a Terra encontra-se em equilíbrio
térmico.
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A atmosfera, que é praticamente transparente à radiação solar mas bastante opaca à radiação terrestre, devolve novamente à
superfície da Terra, principalmente por intermédio das nuvens, uma grande parte da radiação terrestre, através de um fenómeno de
contrarradiação.
A reflexão ocorre no limite superior da atmosfera, no topo das nuvens e na superfície terrestre, incluindo oceanos, mares, lagos e
rios – é o chamado albedo.
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Fig. Albedo de algumas superfícies
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Efeito de estufa (fenómeno de retenção do calor na baixa atmosfera): se porventura ele não se verificasse, as temperaturas
noturnas poderiam descer até valores inferiores aos 30 ºC negativos.
Fig. Efeito de estufa
• depende da existência, na atmosfera, de um conjunto de gases com propriedades especiais: o
vapor de água, o dióxido de carbono, o metano, o ozono e outros poluentes existentes
em menores quantidades.
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A VARIAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR
Embora a nível global se verifique um equilíbrio energético ou térmico no sistema Terra-atmosfera, tal não acontece na
maior parte das regiões do globo.
Fig. Balanço energético em latitude
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Na zona intertropical, a quantidade de energia recebida à superfície é superior àquela que é emitida, existindo um excedente
de energia e, portanto, de calor.
A VARIAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR
Entre os 37º e os 38º de latitude verifica-se um equilíbrio entre a radiação adquirida e a perdida.
Para as regiões situadas a partir dos 38º de latitude, o saldo passa a ser negativo, isto é, as perdas excedem cada vez mais a
quantidade de energia recebida.
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2- A variação da radiação solar à superfície depende de uma série de fatores, dos quais se
salientam:
• a forma esférica da Terra (acompanhada da
inclinação do seu eixo em relação ao plano da órbita);
as condições locais, como a transparência da atmosfera, o relevo (incluindo a orientação das encostas) e o tipo de superfície, entre
outros, contribuem para essa variação.
• os movimentos de rotação e translação
do planeta.
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A forma esférica da Terra constitui uma das
principais razões pela qual a radiação solar diminui
com a latitude.
à medida que a latitude aumenta, o ângulo de incidência diminui e a massa atmosférica atravessada pelos raios solares aumenta…
o que faz com que as perdas por absorção, reflexão e difusão sejam maiores e, portanto, a quantidade de radiação recebida diminua.
Fig. Relação entre o ângulo de incidência (a), a massa atmosférica e a superfície (S)
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Por outro lado, quanto menor é o ângulo de incidência, maior é a superfície pela qual a radiação se distribui…
Fig. Relação entre o ângulo de incidência (a), a massa atmosférica e a superfície (S)
o que reduz consideravelmente a quantidade de energia recebida
por unidade de superfície e, consequentemente, a capacidade
de aquecimento.
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O movimento de rotação tem implicações
na variação diurna da radiação, uma vez que:
Fig. Variação do ângulo de incidência, da massa atmosférica e da área recetora dos raios solares ao longo do dia natural, como consequência do movimento
diurno aparente do Sol, à latitude de 0º (equador)
• e a variação do ângulo de incidência e da massa atmosférica atravessada pelos
raios solares ao longo do dia natural.
• origina a sucessão dos dias naturais e das noites,
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• ao nascer do Sol, o ângulo de incidência é nulo;
lugares que se encontram
nestas circunstâncias
praticamente não recebem
radiação solar;
O movimento de rotação tem implicações na variação diurna da radiação:
• à medida que o Sol se eleva no horizonte, e até
ao meio-dia solar, o ângulo
de incidência vai aumentando e a
massa atmosférica diminuindo;
quantidade de energia recebida por unidade de superfície vai
sendo cada vez maior;
• a partir do meio-dia solar,
o ângulo de incidência começa a
diminuir e a massa
atmosférica a aumentar; a
quantidade de energia solar recebida vai diminuindo;
• no ocaso (pôr do sol), o
ângulo de incidência volta
a ser nulo, situação que
se mantém até ao nascer do
Sol do dia seguinte,
momento a partir do qual
todo o processo se
repetirá.
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teoricamente, a temperatura máxima, ao longo das 24 horas
do dia, deveria registar-se cerca das 12 horas (meio-dia),
ou seja, quando o Sol passa pelo zénite do lugar de
observação, pois é aí que faz a sua culminação. Contudo, na
realidade, a temperatura continua a elevar-se até às 13,
14 ou 15 horas.
O aquecimento da superfície inicia-se todos os dias desde que o Sol nasce…
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Esta situação explica-se pelo facto de ser neste momento que a soma da radiação solar e da
radiação terrestre (ou irradiação) atinge o valor
máximo…
o que origina o aumento da temperatura da camada do ar em contacto com a superfície,
portanto, algumas horas após a passagem do Sol pelo zénite.
Durante a noite não há receção de radiação solar, mas verifica-se uma perda de calor por radiação terrestre, passando o equilíbrio
térmico da Terra a ter um saldo negativo.
• O arrefecimento noturno será tanto maior quanto mais límpida
estiver a atmosfera, uma vez que a intensidade do efeito de estufa é
menor.
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O movimento de translação tem, sobretudo, implicações na variação anual da radiação solar recebida, pois a inclinação constante do eixo da Terra com o plano da sua órbita faz variar, num mesmo lugar,
a obliquidade dos raios solares, ao meio-dia solar, ao longo do ano.
Fig. Movimento de translação da Terra
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Para além de fazer variar a obliquidade dos raios solares e, portanto, o ângulo de incidência e a massa atmosférica, a
translação do planeta provoca ainda:
a desigualdade na duração dos dias naturais e das noites em todos os lugares da superfície da Terra, ao longo do ano,
exceto nos lugares situados no equador.
Fig.
Var
iaçã
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dur
ação
do
dia
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latit
ude,
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o.
Fig.
Var
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dia
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ude,
no
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tício
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dez
embr
o.
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• entre o solstício de dezembro e o solstício de junho:
registam um aumento do ângulo de incidência e da
duração do dia natural;
uma diminuição da massa atmosférica atravessada pelos
raios solares;
• condições que contribuem para um aumento da quantidade de
radiação solar recebida;
Em geral, os lugares situados no hemisfério norte:
• entre o solstício de junho e o solstício de dezembro:
observam a diminuição do ângulo de incidência e dos
dias naturais ;
e o aumento da massa atmosférica;
• pelo que a radiação solar recebida vai diminuindo.
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No hemisfério sul tudo se passa de modo inverso e, portanto:
• os valores mais elevados ocorrem,
habitualmente, junto ao solstício de dezembro.
• os menores valores de radiação acontecem
próximo do solstício de junho;
Por esta razão, ao longo do ano e em todos os lugares da superfície da Terra, ocorrem meses cuja temperatura média é
mais elevada e outros em que é mais reduzida.
Essas diferenças são, em alguns casos, pouco significativas, como acontece na região equatorial, mas noutros são muito acentuadas, como sucede nas regiões de grande latitude.
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A temperatura média mensal mais elevada, para a generalidade dos lugares situados no hemisfério norte, regista-se normalmente
nos meses de julho ou agosto.
Fig. Variação anual da temperatura de um lugar situado no hemisfério norte
Nestes meses (julho ou agosto), o hemisfério sul regista as temperaturas mais baixas pelas razões inversas.
Fig. Variação anual da temperatura de um lugar situado no hemisfério sul
As temperaturas médias mensais mais baixas para
os mesmos lugares do hemisfério norte ocorrem normalmente nos meses de
dezembro ou janeiro…
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Fig. Variação anual da temperatura de um lugar situado no hemisfério norte
Fig. Variação anual da temperatura de um lugar situado no hemisfério sul
porque os raios solares incidem com maior obliquidade e os dias
naturais são menores que as noites, pelo que recebem menor quantidade
de energia.
Nestes meses, os lugares do hemisfério sul registam as médias mais elevadas, pelas razões inversas.
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A RADIAÇÃO SOLAR EM PORTUGAL
Portugal localiza-se numa faixa de latitude
compreendida sensivelmente entre os 30º N e os 42º N…
por essa razão, regista valores de radiação solar consideráveis e
bastante superiores aos verificados na maior parte dos países da Europa.
Fig. Radiação solar global à superfície na Europa
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• No solstício de dezembro: a energia recebida é mais
reduzida.
os raios solares incidem na vertical sobre os lugares situados
no Trópico de Capricórnio e, portanto, atingem o nosso país
com maior inclinação.
A esta situação acresce a menor duração dos dias naturais e a maior nebulosidade existente.
Fig. Variação anual da radiação global média mensal, em Portugal continental
VARIABILIDADE ANUAL
• No solstício de junho: a quantidade de energia recebida é mais elevada.
Os raios solares incidem na vertical sobre os lugares situados no
Trópico de Câncer;
quando o Sol atinge a sua maior altura em Portugal, nunca chegando
porém a atingir a vertical.
a duração dos dias naturais é maior e a nebulosidade menor, o que concorre para o aumento do
tempo de exposição aos raios solares.
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Fig. Distribuição sazonal da radiação solar global em Portugal continental
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Fig. Variação do ângulo de incidência dos raios solares, ao longo do ano, em Portugal continental
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• Os valores mais baixos de radiação solar ocorrem na
parte noroeste do território, em especial na área do Parque
Nacional da Peneda-Gerês, onde a radiação média anual é
inferior aos 140 kcal/cm².
Fig. Soajo - Gerês
3- DISTRIBUIÇÃO GEOGRÁFICA
• Os valores mais elevados verificam-se no Sudeste e no Sul, com destaque para a bacia do Guadiana e a orla algarvia, onde a quantidade anual de
energia recebida é superior a 170 kcal/cm2.
Fig. Alcoutim – Margens do Guadiana
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A radiação solar no nosso país aumenta, portanto, de norte para sul e do litoral para o interior.
Fig. Distribuição da radiação solar globalmédia em Portugal continental
Fig. Distribuição dos valores médios anuaisdo número de horas de sol em Portugal
continental
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Fatores que explicam a diferenciação espacial da radiação solar:
• a nebulosidade.
• a exposição geográfica das vertentes;
• a altitude;
• a latitude;
• a proximidade do oceano Atlântico.
• à escala regional ou local, há ainda a considerar os fatores topográficos:
A latitude, embora registe pequenas diferenças no
território nacional, é a grande responsável pelo facto de as
regiões do Sul receberem maior quantidade de
radiação solar, uma vez que para estas o ângulo de
incidência dos raios solares é sempre superior.
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Fatores que explicam a diferenciação espacial da radiação solar:
A proximidade do mar faz-se sentir pela influência que o mesmo exerce ao nível da
humidade do ar e da nebulosidade. Por esta razão, as
regiões do litoral, sobretudo a norte do Tejo, recebem menos
radiação que as regiões do interior, pois são áreas que estão mais frequentemente encobertas
pela nebulosidade e, portanto, com menor insolação.
A influência da altitude deve-se essencialmente ao facto de esta provocar
um aumento da nebulosidade e, portanto,
uma diminuição da insolação.
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Fatores que explicam a diferenciação espacial da radiação solar:
A exposição solar e a inclinação das vertentes
influenciam a quantidade de radiação solar recebida, uma vez que as encostas voltadas a sul recebem os raios solares com maior ângulo de incidência e estão mais expostas ao Sol,
sendo, por isso, designadas de vertentes soalheiras.
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Nas encostas viradas a norte, pelo contrário, os raios solares incidem mais obliquamente e a insolação é menor, razão pela qual
são consideradas vertentes umbrias ou sombrias.
Fig. Vertente soalheira – Câmara de Lobos (lado sul da ilha da Madeira)
Fig. Vertente umbria – Santana (lado norte da ilha da Madeira)
A influência da exposição geográfica das vertentes é particularmente evidente na ilha da Madeira.
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A situação dos arquipélagos da Madeira e Açores relativamente à radiação e correspondentes níveis de insolação apresenta contrastes
evidentes que resultam, em grande medida, da diferente posição latitudinal.
Fig. Território português
Madeira: protegida pelo anticiclone subtropical, apresenta
uma situação mais favorável (superior a 2200 horas anuais de
sol a descoberto);
A variabilidade da radiação solar em Portugal
Fig. Câmara de Lobos (ilha da Madeira) Fig. Lagoa das Sete Cidades - Açores
Açores: com nebulosidade frequente, reduz os valores para 1700 horas. A variabilidade entre ilhas e dentro da mesma ilha é,
no entanto, muito grande.
A distribuição da temperatura no território nacional
A temperatura do ar está diretamente relacionada com a radiação solar global.
• Por esse motivo, as temperaturas no nosso país
são, de um modo geral, amenas, uma vez que o
território nacional se situa a uma latitude onde a
radiação adquirida e a perdida são sensivelmente
as mesmas e, portanto, o equilíbrio térmico é quase
uma realidade.
A distribuição da temperatura no território nacional
OS CONTRASTES ESTACIONAIS E ESPACIAIS
Apesar da amenidade das temperaturas, regista-se uma variação anual e uma distribuição espacial bastante significativas.
Esta variação é quase coincidente com a da radiação solar.
Fig. Variação anual da temperatura
A distribuição da temperatura no território nacional
Fig. Distribuição da temperatura média em janeiro e julho em Portugal continental (isotérmicas reais)
A distribuição da temperatura no território nacional
Em janeiro, as temperaturas são
relativamente baixas e aumentam principalmente
de nordeste para sudoeste.
Os valores mais baixos registam-se no nordeste
transmontano e os mais elevados ocorrem em algumas áreas da costa
alentejana e do litoral algarvio.
Em julho, a situação altera-se, as temperaturas
atingem valores relativamente elevados…
e aumentam principalmente de oeste para este, com exceção da
Cordilheira Central e das restantes áreas montanhosas.
Fig. Dia de inverno na costa portuguesaFig. Paisagem durante o verão no Alentejo
A distribuição da temperatura no território nacional
Fonte: IPMA (2012)Fig. Distribuição das temperaturas médias anuais (mínimas e
máximas) em Portugal continental
A variabilidade na distribuição da temperatura em Portugal continental torna-se ainda mais evidente quando observamos a
distribuição dos valores mínimos e máximos da temperatura do ar.
FIM DA APRESENTAÇÃO