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 SOLAR 2- OS FATORES QUE INFLUENCIAM A VARIAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR 3- DISTRIBUIÇÃO GEOGRÁFICA 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

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“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

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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.

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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.

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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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

Espetro eletromagnético ou espetro solar

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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.

A variabilidade da radiação solar em Portugal

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Composição da atmosfera

A variabilidade da radiação solar em Portugal

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A variabilidade da radiação solar em Portugal

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A variabilidade da radiação solar em Portugal

• 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

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• 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).

A variabilidade da radiação solar em Portugal

Fig. Estrutura vertical da atmosfera

TROPOSFERA

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A variabilidade da radiação solar em Portugal

• 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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

• 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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

• 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

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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.

A variabilidade da radiação solar em Portugal

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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.

A variabilidade da radiação solar em Portugal

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Balanço energético da Terra

A variabilidade da radiação solar em Portugal

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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..

A variabilidade da radiação solar em Portugal

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A variabilidade da radiação solar em Portugal

• 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 variabilidade da radiação solar em Portugal

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 variabilidade da radiação solar em Portugal

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 variabilidade da radiação solar em Portugal

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.

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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.

A variabilidade da radiação solar em Portugal

Fig. Albedo de algumas superfícies

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A variabilidade da radiação solar em Portugal

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 variabilidade da radiação solar em Portugal

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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

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 variabilidade da radiação solar em Portugal

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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

• 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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

• 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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

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 variabilidade da radiação solar em Portugal

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

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As temperaturas médias mensais mais baixas para

os mesmos lugares do hemisfério norte ocorrem normalmente nos meses de

dezembro ou janeiro…

A variabilidade da radiação solar em Portugal

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 variabilidade da radiação solar em Portugal

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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

• 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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

Fig. Distribuição sazonal da radiação solar global em Portugal continental

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A variabilidade da radiação solar em Portugal

Fig. Variação do ângulo de incidência dos raios solares, ao longo do ano, em Portugal continental

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A variabilidade da radiação solar em Portugal

• 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 variabilidade da radiação solar em Portugal

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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A variabilidade da radiação solar em Portugal

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:

Page 47: 1  variabilidade da radiação solar

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.

A variabilidade da radiação solar em Portugal

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.

Page 48: 1  variabilidade da radiação solar

A influência da altitude deve-se essencialmente ao facto de esta provocar

um aumento da nebulosidade e, portanto,

uma diminuição da insolação.

A variabilidade da radiação solar em Portugal

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.

Page 49: 1  variabilidade da radiação solar

A variabilidade da radiação solar em Portugal

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.

Page 50: 1  variabilidade da radiação solar

A variabilidade da radiação solar em Portugal

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

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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.

Page 52: 1  variabilidade da radiação solar

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.

Page 53: 1  variabilidade da radiação solar

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

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A distribuição da temperatura no território nacional

Fig. Distribuição da temperatura média em janeiro e julho em Portugal continental (isotérmicas reais)

Page 55: 1  variabilidade da radiação solar

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

Page 56: 1  variabilidade da radiação solar

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.

Page 57: 1  variabilidade da radiação solar

FIM DA APRESENTAÇÃO