radiação solar. balanço de radiação a radiação monocromática incidente sobre qualquer...

Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação

A radiação monocromática incidente sobre qualquer superfície opaca (como a A radiação monocromática incidente sobre qualquer superfície opaca (como a superfície da Terra) é ou absorvida ou refletida:superfície da Terra) é ou absorvida ou refletida:

EE(absorvido) + E(absorvido) + E(refletido) = E(refletido) = E(incidente) (incidente)

Dividindo cada termo nesta expressão pela irradiância monocromática incidente Dividindo cada termo nesta expressão pela irradiância monocromática incidente

obtém-se:obtém-se:


Ou:Ou:

Onde aOnde a é a absortividade e r é a absortividade e r é a refletividade (ou albedo) da superfície. é a refletividade (ou albedo) da superfície.

1)()(

)()(

incidenteErefletidoE

incidenteEabsorvidoE

1 ra


Em quaisquer comprimentos de onda, Em quaisquer comprimentos de onda, fortes refletores são fracos fortes refletores são fracos absorvedoresabsorvedores (por exemplo, a neve fresca no intervalo visível) e vice-versa (por (por exemplo, a neve fresca no intervalo visível) e vice-versa (por exemplo, asfalto no intervalo visível). exemplo, asfalto no intervalo visível).

As refletividades de algumas superfícies para o intervalo de comprimentos As refletividades de algumas superfícies para o intervalo de comprimentos de onda da radiação solar (intervalo visível) estão na Tabela abaixo. de onda da radiação solar (intervalo visível) estão na Tabela abaixo.


Albedo para algumas superfícies no intervalo visível (%)Albedo para algumas superfícies no intervalo visível (%)

Solo descobertoSolo descoberto 10-2510-25

Areia, desertoAreia, deserto 25-4025-40

GramaGrama 15-2515-25

FlorestaFloresta 10-2010-20

Neve (limpa, seca)Neve (limpa, seca) 75-9575-95

Neve (molhada e/ou suja)Neve (molhada e/ou suja) 25-7525-75

Superfície do mar (Sol > 25Superfície do mar (Sol > 25ºº acima do acima do horizonte)horizonte)

<10<10

Superfície do mar (pequena altura do Superfície do mar (pequena altura do Sol)Sol)

10-7010-70

Nuvens espessasNuvens espessas 70-8070-80

Nuvens finasNuvens finas 25-5025-50


No caso da atmosfera terrestre, que é uma camada não opaca, além da No caso da atmosfera terrestre, que é uma camada não opaca, além da absorção e reflexão, devemos incluir mais 2 termos na equação da radiação:absorção e reflexão, devemos incluir mais 2 termos na equação da radiação:

a) Espalhamento (Sa) Espalhamento (S) ;) ;

b) Transmissão (Tb) Transmissão (T););

Assim:Assim:

onde Sonde S se refere à fração da irradiância incidente que é espalhada e T se refere à fração da irradiância incidente que é espalhada e T à à fração que é transmitida no comprimento de onda dado.fração que é transmitida no comprimento de onda dado.

1 TSra


Radiação Solar IncidenteRadiação Solar IncidenteSomente 25% da radiação solar incidente penetra na superfície da Terra.Somente 25% da radiação solar incidente penetra na superfície da Terra.

Chamamos essa porcentagem de Chamamos essa porcentagem de insolação direta.insolação direta.


O restante é ou O restante é ou refletidorefletido de volta para o espaço ou de volta para o espaço ou absorvidoabsorvido ou ou espalhado.espalhado.


O que determina o que acontece com a radiação depende do O que determina o que acontece com a radiação depende do comprimento de ondacomprimento de onda e da e da natureza do material no ar.natureza do material no ar.


ESPALHAMENTOESPALHAMENTOOs gases e aerossóis podem causar o espalhamento da radiação.Os gases e aerossóis podem causar o espalhamento da radiação.

Esse espalhamento é chamado de Esse espalhamento é chamado de insolação difusainsolação difusa..

Existem 3 situações possíveis:Existem 3 situações possíveis:


a) Espalhamento Rayleigh:a) Espalhamento Rayleigh:

Ocorre quando o tamanho L das partículas é menor que o comprimento de Ocorre quando o tamanho L das partículas é menor que o comprimento de onda onda (L << (L << ).).

A irradiância monocromática obedece à potênciaA irradiância monocromática obedece à potência

EE 1/ 1/44


Como a luz azul tem Como a luz azul tem azulazul 0,425 0,425m, ela é 5 vezes mais espalhada que a m, ela é 5 vezes mais espalhada que a luz vermelha (luz vermelha (vermelhavermelha 0,625 0,625 m). m).

Assim, o céu parece azul.Assim, o céu parece azul.


b) Espalhamento Mie:b) Espalhamento Mie:

Ocorre quando o tamanho L das partículas é da ordem do comprimento de Ocorre quando o tamanho L das partículas é da ordem do comprimento de onda (L onda (L ).).

A irradiância monocromática obedece à leiA irradiância monocromática obedece à lei

EE 1/ 1/


Uma vez que a radiação é espalhada igualmente em todas as direções, a Uma vez que a radiação é espalhada igualmente em todas as direções, a maioria das nuvensmaioria das nuvens (compostas de cristais e aerossóis) aparece (compostas de cristais e aerossóis) aparece esbranquiçadas.esbranquiçadas.


c) Espalhamento Geométrico:c) Espalhamento Geométrico:

Ocorre quando o raio das partículas é maior que aproximadamente Ocorre quando o raio das partículas é maior que aproximadamente 8 8 vezesvezes o comprimento de onda da radiação. o comprimento de onda da radiação.

É o responsável pelos fenômenos óticos como arco íris, auréolas, etc.É o responsável pelos fenômenos óticos como arco íris, auréolas, etc.


Fenômeno ótico de auréola solar:Fenômeno ótico de auréola solar:


REFLEXÃOREFLEXÃOAproximadamente 30% da energia solar é refletida de volta para o espaço. Aproximadamente 30% da energia solar é refletida de volta para o espaço.

Neste número está incluída a quantidade que é retroespalhada. A reflexão obedece Neste número está incluída a quantidade que é retroespalhada. A reflexão obedece a lei a lei

11’ = ’ = 11

Onde Onde 11’ é o ângulo de reflexão e ’ é o ângulo de reflexão e 11 é o ângulo de incidência. é o ângulo de incidência.


Observação importante:Observação importante:

Como a definição do albedo é a própria refletividade, considera-se que o Como a definição do albedo é a própria refletividade, considera-se que o albedo da Terra como um todo é de 30%.albedo da Terra como um todo é de 30%.

Contudo, nas Contudo, nas nuvens finasnuvens finas o albedo é menor que o albedo é menor que 40%.40%.Nas Nas nuvens espessasnuvens espessas, é maior que , é maior que 80%80%..


ABSORÇÃO:ABSORÇÃO:Nesse caso, a Nesse caso, a radiaçãoradiação é simplesmente convertida em é simplesmente convertida em calorcalor. Portanto, . Portanto,

as moléculas de um gás são bons absorvedores de radiação e tem um papel as moléculas de um gás são bons absorvedores de radiação e tem um papel preponderante no aquecimento da atmosfera.preponderante no aquecimento da atmosfera.


Exemplo:Exemplo:

A fotodissociação do oxigênio entre 50 a 110 km de altitude (mesosfera)A fotodissociação do oxigênio entre 50 a 110 km de altitude (mesosfera)

OO22 + h + h O + O O + O

absorve a radiação solar ultravioleta entre 0,1μm < absorve a radiação solar ultravioleta entre 0,1μm < < 0,2μm. O oxigênio atômico assim < 0,2μm. O oxigênio atômico assim obtido é altamente reativo, e na reaçãoobtido é altamente reativo, e na reação

OO22 + O + M + O + M O O33 + M + M

tem-se a produção do ozônio Otem-se a produção do ozônio O33 (M é uma terceira molécula que retira o excesso de (M é uma terceira molécula que retira o excesso de energia liberada na reação).energia liberada na reação).


Por sua vez, a radiação ultravioleta entre 0,2μm < Por sua vez, a radiação ultravioleta entre 0,2μm < < 0,3μm é absorvida < 0,3μm é absorvida na reação de fotodissociação do ozônio (na estratosfera, entre 20 a 60 km):na reação de fotodissociação do ozônio (na estratosfera, entre 20 a 60 km):

OO33 + h + h O O22 + O + O

O átomo de oxigênio combina rapidamente com OO átomo de oxigênio combina rapidamente com O22 para formar outra molécula de para formar outra molécula de OO33. .

Nessa seqüência de reações, não há mudança na estrutura química da Nessa seqüência de reações, não há mudança na estrutura química da estratosfera, mas somente absorção de radiação e o aumento de temperatura. estratosfera, mas somente absorção de radiação e o aumento de temperatura.


Observação importante:Observação importante:

Além do oxigênio e do ozônio, o vapor d’água é um absorvedor significativo.Além do oxigênio e do ozônio, o vapor d’água é um absorvedor significativo.

Juntos (OJuntos (O22, O, O33, vapor d’água), eles respondem pela maior parte da radiação solar , vapor d’água), eles respondem pela maior parte da radiação solar absorvida.absorvida.


A figura abaixo resume a distribuição percentual da radiação solar incidente:A figura abaixo resume a distribuição percentual da radiação solar incidente:

radiação solar. balanço de radiação a radiação monocromática incidente sobre qualquer...

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