Radiacao Solar - Prof Danilo

Radiação Eletromagnética

Definições e aplicações

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.Prof. Danilo Cesar

VARIAÇÕES NA ATMOSFERA

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia. Prof. Danilo Cesar

1. Radiação:

Medidas, Ciclo Diurno e Anual, Variação Global

2. Temperatura:

Medidas, Ciclo Diurno e Anual, Variação Meridional e Vertical

3. Umidade:

Medidas, Variação Global e Vertical

4. Precipitação:

Medidas, Variação Global

5. Pressão:


6. Ventos:



Radiação

Instrumentos de Medida: Heliográfo


Radiação

Instrumentos de Medida: Piranômetro


Radiação

Instrumentos de Medida: Radiômetro Líquido

Variação da Insolação

Variação da Insolação

• Depende do ângulo de incidência dos raios solares;• Ângulo de incidência depende da latitude, do dia

do ano e da hora do dia.


• Insolação= Radiação Solar/ unidade de área

Dependência Latitudinal da Radiação Incidente

Média Anual

• Fluxo Incidente Médio no

Equador:

• Fluxo Incidente Médio Global:

Distribuição Latitudi-nal MédiaAnual da Radiação incidente.

22

T Wm435Wm1367S

F

22

G Wm3414

Wm1367

4F

S


Dependência Latitudinal da Radiação Emergente

• Radiação Emergente:

– varia menos com a latitude;

– vapor d’água é o principal

emissor, logo depende for-

temente da temperatura;

– no nível que a atmosfera é

transparente à radiação

terrestre, temperatura está

aproximadamente igual (a

altitudes diferentes);

– não existe controle

geométrico.

Saldo líquido nos trópicos e déficitlíquido nas latitudes altas


Variação Sazonal

HN

HS


Variação MensalCurso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia. Prof. Danilo Cesar

Variação DiáriaCurso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia. Prof. Danilo Cesar

Radiação Líquida: Variação Diária

Radiação recebida descontada da radiação

emitida: RL=R -R


Variação Global

Radiação máxima, mínima e média recebida anualmente.

../Cap5/three_rads_web.gif

Média anual de insolação diária no Brasil (horas)

Fonte: ATLAS Solarímétrico do Brasil. Recife : Editora Universitária da UFPE, 2000. (Adaptado)


RADIAÇÃO ELETROMAGÉTICA

Praticamente toda a troca de energia entre a Terra e o

resto do Universo ocorre por radiação, que é a única que pode

atravessar o relativo vazio do espaço. O sistema Terra-

atmosfera está constantemente absorvendo radiação solar e

emitindo sua própria radiação para o espaço. Numa média de

longo prazo, as taxas de absorção e emissão são

aproximadamente iguais, de modo que o sistema está muito

próximo ao equilíbrio radiativo. A radiação também tem papel

importante na transferência de calor entre a superfície da

Terra e a atmosfera e entre diferentes camadas da atmosfera.


O comprimento de onda ( ) é a distância

entre cristas (ou cavados) sucessivos; a

freqüência de onda ( ) é o número de ondas

completas (1 ciclo) que passa por um dado

ponto por unidade de tempo (s). A relação

entre , e a velocidade c é c= λ


RADIAÇÃO ELETROMAGÉTICA A radiação eletromagnética pode ser

considerada como um conjunto de ondas (elétricas e

magnéticas) cuja velocidade no vácuo é ( ).

As várias formas de radiação, caracterizadas pelo seu

comprimento de onda, compõem o espectro

eletromagnético.


Embora o espectro eletromagnético seja

contínuo, nomes diferentes são atribuídos a

diferentes intervalos porque seus efeitos,

geração, medida e uso são diferentes. Por

exemplo, as células da retina do olho

humano são sensíveis a uma radiação num

estreito intervalo chamado luz visível, com l

entre e

Quando as ondas infravermelhas atingem a superfície que sofrem reflexão,

transmissão ou absorção.Reflexão - Reflexão solar mede a capacidade da superfície de um material refletir a

luz do sol (incluindo as ondas de luz visível, infravermelho e ultravioleta) em uma

escala de 0 a 1. Um valor 0.0 indica que a superfície absorve toda a radiação solar e um

valor de 1.0 indica total reflexão.

Transmissão - a passagem dos raios solares na atmosfera (ou qualquer corpo) que

aquecem o nosso ambiente.

Emissividade - É a capacidade de uma superfície absorver ou emitir radiação

eletromagnética.

Absorção - Toda energia absorvida produz calor (em circunstâncias especiais

algumas ondas se tornam fluorescentes) . O calor transita entre altas e baixas

temperaturas. Porém, o calor produzido pela absorção aumenta a temperatura do

material que pode ser conduzido através do material ou dissipado a partir da sua

superfície.


Espectro Eletromagnético

A maior parte da energia

radiante do sol está

concentrada nas partes

visível e próximo do visível

do espectro. A luz visível

corresponde a ~43% do

total emitido, 49% estão no

infravermelho próximo e 7%

no ultravioleta. Menos de

1% da radiação solar é

emitida como raios X, raios

gama e ondas de rádio.


Apesar da divisão do

espectro em intervalos,

todas as formas de

radiação são basicamente

iguais. Quando qualquer

forma de energia radiante

é absorvida por um

objeto, o resultado é um

crescimento do

movimento molecular e

um correspondente

crescimento da

temperatura.


Espectro de Absorção Atmosférica

• Atmosfera é quase transparente

ao visível, no pico do espectro do

Sol;

• Atmosfera é muito opaca ao UV;

• Atmosfera é um pouco opaca ao

IV, muito opaca em algumas

bandas e transparente em outras;

• N2 não figura na absorção e O2

absorve somente no UV

longínquo e um pouco no IV.



A absorção é dominada pelas moléculas

triatômicas:

– O3 na banda do UV;

– H2O, CO2 e outros na banda do IV.

Moléculas triatômicas tem modos

vibracionais e rotacionais que são facilmente

excitados pela radiação nos comprimentos de

onda do IV.

Elas estão em baixa concentração na

atmosfera e vulneráveis a ação antropogênica.



Fração de radiação transmitida até o topo da atmosfera.


ABSORÇÃO E EMISSÃO DE RADIAÇÃO POR MOLÉCULAS

Qualquer molécula isolada possui uma certa

quantidade de energia além daquela associada com seu

movimento no espaço. A maior parte está na forma de

energia cinética e energia potencial eletrostática dos

elétrons que se movimentam em órbitas em torno do

núcleo dos átomos. Outras quantidades menores de

energia estão associadas com a vibração de átomos em

torno de suas posições médias na molécula e a rotação

da molécula em torno de seu centro de massa.


Albedo para algumas superfícies no intervalo visível ( % )

Solo descoberto 10-25

Areia, deserto 25-40

Grama 15-25

Floresta 10-20

Neve (limpa, seca) 75-95

Neve (molhada e/ou suja) 25-75

Superfície do mar (sol > 25° acima do hor.) <10

Superfície do mar (pequena altura do sol) 10-70

Nuvens espessas 70-80

Nuvens finas 25-50



A mecânica quântica prevê que apenas certas

configurações de órbitas de elétrons são permitidas para cada

átomo e que apenas certas freqüências e amplitudes

vibracionais, e certas taxas de rotação são permitidas para

uma molécula particular.

Cada combinação possível de órbitas de elétrons, vibração

e rotação pode ser identificada com um nível particular de

energia, que representa a soma dos três tipos de energia.



Uma molécula pode sofrer uma transição para um

nível mais alto de energia absorvendo radiação

eletromagnética.

Da mesma forma, ela pode descer a um nível mais baixo de

energia emitindo energia radiante. Somente certas variações

discretas de energia são permitidas, previstas pela teoria

quântica.


Pode-se dizer que a atmosfera é bastante transparente à radiação solar

incidente pois absorve apenas 19% de sua energia e que, portanto, esta não é

um aquecedor eficiente da atmosfera.

A maior parte da absorção da radiação solar em comprimentos de onda

do intervalo infravermelho deve-se ao vapor d'água e ocorre na troposfera,

onde a maior parte do vapor d'água está localizado. Esta parte da absorção

apresenta grande variabilidade devido à distribuição do vapor d'água.

Esta radiação disponível à superfície divide-se em três componentes:

- Direta: a que vem "diretamente" desde o disco solar;

- Difusa: a proveniente de todo o céu exceto do disco solar, das nuvens,

gotas de água, etc;

- Refletida: proveniente da reflexão no chão e dos objetos circundantes.

A soma destas três componentes é denominada como radiação global.

Efeito-estufaÉ o processo de reflexão da radiação solar, causando

aumento da temperatura do planeta. Essa reflexão é

causada por uma barreira formada por diversos gases,

sendo o gás carbônico o mais importante.

Distribuição percentual da radiação solar incidente

Mecanismos de Transferência de Calor

Balanço de Calor da Terra e atmosfera


Balanço de Radiação

Figura. Balanço de radiação na atmosfera.

ESPECTRO SOLAR

* 0,2 a 0,4 mícron – ULTRAVIOLETA – 9%

* 0,4 a 0,7 mícron – PARTE VISÍVEL – 41%Radiações azuis, verdes e parte das vermelhas

* 0,7 a 4 micra – INFRAVERMELHO – 50%

BANDAS DO ESPECTRO SOLAR QUE AFETAM O CRESCIMENTO VEGETAL

1ª BANDA (_ > 1,0 μ): NÃO CAUSAM DANOS E SÃO ABSORVIDAS PELA PLANTA.

2ª BANDA (1,0 > _ > 0,72 μ): É A REGIÃO QUE EXERCE EFEITO SOBRE O CRESCIMENTO DAS

PLANTAS. O TRECHO PRÓXIMO À 1,0 μ É IMPORTANTE PARA O FOTOPERIODISMO, GERMINAÇÃO

DE SEMENTES, CONTROLE DA FLORAÇÃO E COLORAÇÃO DOS FRUTOS.

3ª BANDA (0,72 > _ > 0,61 μ): REGIÃO ESPECTRAL FORTEMENTE ABSORVIDA PELA CLOROFILA. GERA

FORTE ATIVIDADE FOTOSSINTÉTICA, APRESENTANDO EM VÁRIOS CASOS TAMBÉM FORTE

ATIVIDADE FOTOPERIÓDICA.

4ª BANDA (0,61 > _ > 0,51 μ): REGIÃO ESPECTRAL DE BAIXO EFEITO FOTOSSINTÉTICO E DE FRACA

AÇÃO SOBRE A FORMAÇÃO DA PLANTA. CORRESPONDE A REGIÃO VERDE DO ESPECTRO VISÍVEL.

5ª BANDA (0,51 > _ > 0,40 μ): É A REGIÃO DE MAIOR ABSORÇÃO PELA CLOROFILA E PIGMENTOS

AMARELOS (CAROTENÓIDES). CORRESPONDE AO AZUL VIOLETA E É TAMBÉM REGIÃO DE GRANDE

ATIVIDADE FOTOSSINTÉTICA, EXERCENDO AINDA VIGOROSA AÇÃO NA FORMAÇÃO

DA PLANTA.

6ª BANDA (0,40 > _ > 0,315 μ): ESTA FAIXA EXERCE EFEITOS DEFORMATIVOS NAS PLANTAS, QUE

TORNAM-SE MAIS BAIXAS E COM FOLHAS MAIS ESPESSAS.

7ª BANDA (0,315 > _ > 0,28 μ): É PREJUDICIAL À MAIORIA DAS PLANTAS, MATANDO-AS DEPOIS DE

ALGUM TEMPOR DE EXPOSIÇÃO.

8ª BANDA (_ > 0,28 μ): RADIAÇÃO QUE MATA RAPIDAMENTE AS PLANTAS.

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