Energia na Atmosfera e nos Oceanos

Apresentação em tema: "Energia na Atmosfera e nos Oceanos"— Transcrição da apresentação:

1 Energia na Atmosfera e nos Oceanos
ACA Meteorologia Sinótica e Aplicações à Oceanografia DCA/IAG/USP

2 Por que a atmosfera e o oceano se movem continuamente???
Energia solar Rotação da Terra Aquecimento diferencial do Planeta Ventos – Circulação Amosférica: Energia transferida para o oceano através do acoplamento por atrito. Variações no campo de temperatura da água do mar Fluxos de calor através da interface ar-mar Evaporação/Precipitação Variações de salinidade Circulação Termohalina Efeito da Força de Coriolis Deflexão dos movimentos

3 Radiação transporte de energia através de ondas eletromagnéticas
a quantidade de energia transportada por uma onda eletromagnética é inversamente proporcional ao comprimento de onda (l)

4 Fótons pacotes de energia das ondas eletromagnéticas, que a transportam no processo de radiação quantidade de energia associada a um fóton: onde h é a constante de Planck igual a 6,626 x J s e n é a frequência de oscilação da onda eletromagnética.

5 Espectro de Energia Como a onda eletromagnética se propaga com a velocidade constante e igual a da luz (c), então a freqüência (n) e o comprimento de onda (l) dessas ondas obedecem à seguinte relação: A distribuição de energia de uma onda eletromagnética em função do comprimento de onda (ou freqüência) é denominada espectro de energia.

6 Espectro de Radiação Fonte: Meteorology Today

7 Radiação Solar Fonte: Meteorology Today

8 Espectro de radiação solar
O espectro de energia emitido pelo Sol indica uma emissão contínua em um intervalo de comprimentos de onda que vai de 0,1 mm até 1 mm. Cerca de 44 % da energia do Sol encontra-se na região de espectro denominada de região do visível compreendida entre os comprimentos de onda que vão de 0,4 mm a 0,7 mm.

9 Radiação Terrestre O espectro de energia emitido pela Terra indica uma emissão contínua entre 1 mm e 100 mm. Assim, não existe sobreposição entre os espectros de energia emitidos pelo Sol e pela Terra, de tal forma que a radiação proveniente da Terra é tratada de forma totalmente independente da radiação proveniente do Sol e, conseqüentemente, denominada de radiação terrestre ou radiação de onda longa.

10 Radiação Infravermelha
A radiação terrestre também é chamada de radiação infravermelha devido á posição que ocupa no espectro de radiação eletromagnética.

11 Radiação solar e terrestre
Fonte: Meteorology Today

12 Corpo negro Corpo negro é o nome dado ao corpo que emite o máximo possível de radiação em todos os comprimentos de onda. Utilizando essa definição, a Lei de Stefan-Boltzmann indica que a quantidade de energia emitida por um corpo negro é função da temperatura do corpo.

13 Lei de Stefan-Boltzmann
onde E é o fluxo de radiação em W/m2, s é a constante de Stefan-Boltzmann (s = 5,67x10-8 W/m2K4) e T é a temperatura em Kelvin. Tanto o Sol quanto a Terra emitem como um corpo negro a temperaturas de 6000 K e 288 K.

14 Absorção e Emissão No processo de absorção de radiação pelas moléculas de um gás, a energia absorvida é utilizada para modificar a configuração eletrônica do átomo do gás, fazendo com que um elétron mude de um orbital para outro mais energético. A quantidade de energia envolvida neste processo é discreta e depende somente da natureza do átomo. No processo de emissão de energia de um gás, a energia emitida é igual a energia empregada na transição eletrônica.

15 Absorção e emissão de radiação
Fonte: Meteorology Today

16 Radiação solar e atmosfera
Os gases atmosféricos absorvem radiação solar e terrestre e emitem radiação de onda longa. Fonte: Meteorology Today

17 Radiação (solar e infravermelha)
R α T4 maxα T-1

18 Balanço global de radiação solar

19 Balanço de radiação na superfície
Valores positivos representam energia se movendo PARA a superfície; valores negativos representa energia saindo da SUPERFÍCIE Net short-wave radiation = short-wave down - short-wave up Net long-wave radiation = long-wave down - long-wave up. Net radiation = net short-wave radiation + net long-wave radiation. Radiative Components Net short-wave radiation = short-wave down - short-wave up. Net long-wave radiation = long-wave down - long-wave up. Net radiation = net short-wave radiation + net long-wave radiation. Positive values represent energy moving towards the surface, negative values represent energy moving away from the surface.

20 Balanço global de energia

21 Balanço global de energia na superfície
Non-Radiative Components Sensible heat flux = direct heating, a function of surface and air temperature. Latent heat flux = energy that is stored in water vapor as it evaporates, a function of surface wetness and relative humidity. Change in heat storage = net radiation - latent heat flux - sensible heat flux. Positive values for sensible and latent heat flux represent energy moving towards the atmosphere, negative values represent energy moving away from the atmosphere.  Positive values for change in heat storage represent energy moving out of storage, negative values represent energy moving into storage.

22 Interação solo-vegetação-atmosfera

23 A predominância de um determinado processo
depende do tipo e estado da superfície

24 Balanço de Energia

25 QT = QS (1-α) – QN – QE – QH Balanço de calor na superfície
QS – Radiação de onda curta incidente α – Albedo superficial QN – Radiação de onda longa emitido QE – Fluxo de calor latente QH – Fluxo de calor sensível

26 Sobre o continente, em um ciclo anual, QT ~ ZERO pois o calor ganho no verão é perdido para a atmosfera durante o inverno; Sobre o Oceano, em um ciclo anual, há um ganho de calor entre 20°S e 20°N e perda nas latitudes mais altas; As perdas e ganhos são compensados pela transferência de calor da região tropical para as latitudes mais altas via Correntes Oceânicas; QE > QH no Oceano e QE ~ QH no continente

27 Equação do Balanço Qs: Radiação de onda curta; : Albedo superficial;
Qn: Radiação de onda longa; Qe: Calor latente; Qh: Calor sensível. Oceano absorve mais radiação de onda curta. No oceano: Qe > Qh No continente: Qe ~ Qh

28 Radiação que chega no Oceano
70% da radiação solar (onda curta, espectro “visível”) atinge a Terra; Dos 70%, apenas 30% atinge a superfície de forma direta; A energia radiante que chega no oceano é novamente filtrada:

29 Radiação no Oceano - Nos primeiros 10cm toda a radiação
IR absorvida é convertida em “energia interna”; - No primeiro metro, 60% da radiação solar é absorvida e 80% é absorvida nos 10m iniciais; - Somente cerca de 1% se mantém a 140m de profundidade nas águas mais transparentes do oceano subtropical. Penetração de Radiação → Transparência Transparência → Materiais em Suspensão

30 Balanço de Calor entre Oceano e Atmosfera
- Radiação incidente decresce do Equador para os Pólos; - Baixas latitudes → Muita radiação (ano todo); - Altas latitudes → Pouca radiação (ângulo de incidência dos raios);

31 Transferência de Energia
Ventos e correntes oceânicas → Transporte de calor das baixas para as altas latitudes Baixas latitudes → Maior transporte oceânico Altas latitudes → Maior transporte pelos ventos Comparação entre a energia transportada pelos oceanos no HN e no HS.

32 ROC ROL

33 Fluxo de calor Fluxo de calor latente Fluxo de calor Sensível
Dominado pela evaporação na região dos alísios Fluxo de calor Sensível Fluxo de calor Ganho na região Equatorial

34 Interações no oceano...

35 Convecção Termohalina
Diferenças de temperatura e salinidade → Diferenças de densidade → Circulação Convectiva Circulação Superficial Circulação Profunda