Radiação Solar. Balanço de Radiação

Apresentação em tema: "Radiação Solar. Balanço de Radiação"— Transcrição da apresentação:

1 Radiação Solar. Balanço de Radiação
A radiação monocromática incidente sobre qualquer superfície opaca (como a superfície da Terra) é ou absorvida ou refletida: E(absorvido) + E(refletido) = E(incidente) Dividindo cada termo nesta expressão pela irradiância monocromática incidente obtém-se:

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Ou: Onde a é a absortividade e r é a refletividade (ou albedo) da superfície.

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Em quaisquer comprimentos de onda, fortes refletores são fracos absorvedores (por exemplo, a neve fresca no intervalo visível) e vice-versa (por exemplo, asfalto no intervalo visível). As refletividades de algumas superfícies para o intervalo de comprimentos de onda da radiação solar (intervalo visível) estão na Tabela abaixo.

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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 > 25º acima do horizonte) <10 Superfície do mar (pequena altura do Sol) 10-70 Nuvens espessas 70-80 Nuvens finas 25-50

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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: a) Espalhamento (S) ; b) Transmissão (T); Assim: onde S se refere à fração da irradiância incidente que é espalhada e T à fração que é transmitida no comprimento de onda dado.

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Radiação Solar Incidente Somente 25% da radiação solar incidente penetra na superfície da Terra. Chamamos essa porcentagem de insolação direta.

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O restante é ou refletido de volta para o espaço ou absorvido ou espalhado.

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

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ESPALHAMENTO Os gases e aerossóis podem causar o espalhamento da radiação. Esse espalhamento é chamado de insolação difusa. Existem 3 situações possíveis:

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a) Espalhamento Rayleigh: Ocorre quando o tamanho L das partículas é menor que o comprimento de onda  (L << ). A irradiância monocromática obedece à potência E  1/4

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Como a luz azul tem azul  0,425m, ela é 5 vezes mais espalhada que a luz vermelha (vermelha  0,625 m). Assim, o céu parece azul.

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b) Espalhamento Mie: Ocorre quando o tamanho L das partículas é da ordem do comprimento de onda (L  ). A irradiância monocromática obedece à lei E  1/

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

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c) Espalhamento Geométrico: Ocorre quando o raio das partículas é maior que aproximadamente 8 vezes o comprimento de onda da radiação. É o responsável pelos fenômenos óticos como arco íris, auréolas, etc.

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Fenômeno ótico de auréola solar:

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REFLEXÃO Aproximadamente 30% da energia solar é refletida de volta para o espaço. Neste número está incluída a quantidade que é retroespalhada. A reflexão obedece a lei 1’ = 1 Onde 1’ é o ângulo de reflexão e 1 é o ângulo de incidência.

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Observação importante: Como a definição do albedo é a própria refletividade, considera-se que o albedo da Terra como um todo é de 30%. Contudo, nas nuvens finas o albedo é menor que 40%. Nas nuvens espessas, é maior que 80%.

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ABSORÇÃO: Nesse caso, a radiação é simplesmente convertida em calor. Portanto, as moléculas de um gás são bons absorvedores de radiação e tem um papel preponderante no aquecimento da atmosfera.

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Exemplo: A fotodissociação do oxigênio entre 50 a 110 km de altitude (mesosfera) O2 + h  O + O absorve a radiação solar ultravioleta entre 0,1μm <  < 0,2μm. O oxigênio atômico assim obtido é altamente reativo, e na reação O2 + O + M  O3 + M tem-se a produção do ozônio O3 (M é uma terceira molécula que retira o excesso de energia liberada na reação).

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Por sua vez, a radiação ultravioleta entre 0,2μm <  < 0,3μm é absorvida na reação de fotodissociação do ozônio (na estratosfera, entre 20 a 60 km): O3 + h  O2 + O O átomo de oxigênio combina rapidamente com O2 para formar outra molécula de O3. Nessa seqüência de reações, não há mudança na estrutura química da estratosfera, mas somente absorção de radiação e o aumento de temperatura.

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Observação importante: Além do oxigênio e do ozônio, o vapor d’água é um absorvedor significativo. Juntos (O2, O3, vapor d’água), eles respondem pela maior parte da radiação solar absorvida.

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