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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:
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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.
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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.
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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.
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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.
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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:
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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.
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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/
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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.
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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.
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
Fenômeno ótico de auréola solar:Fenômeno ótico de auréola solar:
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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.
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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%..
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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.
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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).
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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.
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
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.
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Radiação Solar. Balanço de RadiaçãoRadiação Solar. Balanço de Radiação
A figura abaixo resume a distribuição percentual da radiação solar incidente:A figura abaixo resume a distribuição percentual da radiação solar incidente: