“O AQUECIMENTO DA ATMOSFERA”

Apresentação em tema: "“O AQUECIMENTO DA ATMOSFERA”"— Transcrição da apresentação:

1 “O AQUECIMENTO DA ATMOSFERA”
RADIAÇÃO SOLAR E TERRESTRE

2 diferentes tipos de radiação
1. Introdução Radiação = Modo de transferência de energia • por ondas eletromagnéticas • única forma de transferência de energia sem a presença de um meio • funciona melhor no vácuo (espaço vazio) Radiação = a única forma da Terra receber energia do Sol • Os movimentos (a circulação atmosférica) são “energizados” pela radiação • Da geometria Terra-Sol conhecemos: as variações espaciais e temporais da radiação recebida no topo da atmosfera • A composição atmosférica : importante para a radiação recebida na superfície • O3 → radiação UV, radiação de onda curta • H2O & CO2 → radiação IV (IR), efeito estufa, radiação de onda longa diferentes tipos de radiação

3 são “campos” elétricos (E) e magnéticos (M)
2. Radiação Eletromagnética • as ondas de radiação (ondas eletromagnéticas) são “campos” elétricos (E) e magnéticos (M) • se movendo na “velocidade da luz” • se propagando em todas as direções em linha reta

4 Características da Radiação Eletromagnética
A radiação eletromagnética é descrita por três variáveis interdependentes : • comprimento de onda → λ “lambda” [m, μm] • freqüência → ν “nu” [s-1, Hz] • velocidade → c [m s-1] (c = “velocidade da luz” ~ Km/s) “crista” “cavado” espectro

5 FIGURE 2.6 Radiation TIPOS DE Radiação Eletromagnética
FIGURE 2.6 Radiação caracterizada de acordo com o comprimento de onda. Quando o comprimento de onda diminui, a energia carregada pela onda aumenta.

6 3. Espectro de Radiação (ou espectro eletromagnético)
é a distribuição de energia radiante sobre os diferentes comprimentos de onda (ou freqüências) Em meteorologia : somente uma pequena parte do espectro EM tem importância: “faixa” da radiação ultravioleta (UV) • “faixa” da radiação visível • “faixa” da radiação infravermelha (IV-IR)

7 RADIAÇAO NO SISTEMA TERRA-ATMOSFERA
Radiation in the Earth-Atmosphere System • shortwave radiation: only solar radiation • longwave radiation: IR radiation emitted by the E/A-system

8 4. As Leis da Radiação (i) Principios Gerais
Todos os corpos emitem radiação - a quantidade de energia e o comprimento de onda depende principalmente da temperatura de emissão - quanto maior a Temperatura – mais os eletros vibram - menor é o comprimento de onda ( maior é a freqüência) - mais radiação total é emitida Quando qualquer radiação é absorvida por um corpo: - aumenta o movimento molecular → aumenta a temperatura (ii) Corpos Negros e Corpos Cinzas todo objeto ou corpo que absorve toda a radiação incidente é chamado de CORPO NEGRO → é uma idealização: corpos perfeitamente negros não existem → geralmente, é uma boa aproximação para a absorção em uma determinada faixa de comprimentos de onda → muitas substância naturais se comportam aproximadamente como corpos negros

9 → o espectro de emissão segue uma lei geral
um corpo negro é também um emissor ideal → o espectro de emissão segue uma lei geral (curva de Planck) que descreve a máxima emissão possível para uma dada temperatura → é comumente usada como comparação padrão para espectros de emissão → um corpo negro tem uma eficiência ideal de emissão, chamada emissividade : ε = 1 um objeto ou corpo com uma eficiência de emissão menor que a ideal (para todos os mesmos comprimentos de onda) é chamado de corpo cinza: → um corpo cinza tem uma eficiência de emissão não-ideal : emissividade ε < 1 → é geralmente uma boa aproximação para o espectro de emissão de corpos ou objetos reais

10 Exemplos de CURVAS DE PLANCK

11 Exemplos de CURVAS DE PLANCK
A energia irradiada pelos corpos ocorrem sobre uma grande faixa de comprimentos de ondas. Devido a sua alta temperatura (~6000 K), a emissão por unidade de área do Sol (a) é vezes mais intensa que a emitida pela mesma área pela Terra (b). A radiação solar é também composta por comprimentos de ondas mais curtas do que a radiação emitida pela Terra.

12 αλ + aλ + tλ = 1 (iii) Reflexão – Absorção – Transmissão
somente 3 coisas podem acontecer, quando radiaçãÒ com um comprimento de onda, λ, atinge um objeto: 1. Parte ou toda ela pode ser refletida: → a fração refletida: refletividade, αλ → essa parte não interage com o objeto , ela é rejeitada 2. Parte ou toda ela pode ser absorvida: → fração absorvida: absorvidade, aλ → essa parte aumenta a temperatura do objeto → a energia radiativa é convertida em calor 3. Parte ou toda ela pode ser transmitida: → fração transmitida: transmissividade, tλ → esta parte não interage com o objeto, ela simplesmente passa através dele Com existe somente essas possibilidades, então, do principio de conservação: αλ + aλ + tλ = 1

13 Albedo Albedo Table 2-2, p.40 13

14 Ftot = ε σ T4 (iv) Stefan-Boltzmann Law: Dá o fluxo total de energia
Todos os corpos ou substancias emitem radiação proporcional à quarta potencia de sua temperatura absoluta Fluxo total de Energia emitido: Ftot [W m-2] : Ftot = ε σ T4 Onde : ε – emissividade (0 ~ 1); depende do tipo de substância σ – constante de Stefan-Boltzmann = 5.67 × 10-8 [W m-2 K-4] T – temperatura absoluta do objeto emissor [K]

15 (v) Lei do Deslocamento de Wien:
Fornece o comprimento de onda de máxima emissão O aumento da temperatura de um objeto não somente aumenta a sua emissão total de energia radiante, mas também muda sua emissão de energia para comprimentos de ondas menores, numa proporção inversa de sua temperatura Onde : λmax - comprimento de onda [μm] • a - constante: 2898 [μm K] • T – temperatura absoluta [K]

16 FIGURE 2.7 FIGURA 2.7 Espectro eletromagnético do sol e alguns dos nomes descritivos de cada região. Os números de baixo da curva aproximam o percentual da energia que o sol irradia em várias regiões espectrais. Fig. 2-7, p.34 16

17 FIGURE 2.8 FIGURA 2.8 O sol mais quente irradia não somente mais energia do que a terra mais fresca (a área sob a curva), mas irradia também a maior parte de sua energia em uma banda mais curta de comprimento de onda. (A área sob as curvas é igual ao total de energia emitida, e as escalas para as duas curvas diferem por um fator de ) UMA QUANTIDADE TOTAL DE ENERGIA RADIADA = PROPORCIONAL a T^4 (lei de Stefan-Boltzman). MÁXIMO do COMPRIMENTO DE ONDA DO SPECTRO de EMISSÃO = PROPORCIONAL a 1/T (lei de Wien). Fig. 2-8, p.34 17

18 INFLUÊNCIAS da ATMOSFERA SOBRE A RADIAÇÃO

19 BALANÇO GLOBAL DE RADIAÇÃO DE ONDA CURTA (uma visão geral)
1. INTRODUÇÃO BALANÇO GLOBAL DE RADIAÇÃO DE ONDA CURTA (uma visão geral) ~ 30 % da radiação solar é refletida pelas nuvens, gases atmosféricos e pela superfície ~ 25 % da radiação solar é absorvida pela atmosfera (nuvens, gases atmosféricos, aerosois) ~ 45 % da radiação solar é absorvida pela superfície (oceanos, superfície dos continentes)

20 Influência das NUVENS no Balanço de Radiação de Onda Curta
Condições de céu claro (sem nuvens): ~ 70 % da radiação solar é absorvida pela superfície (55% de radiação direta e 15% de radiação difusa) somente ~ 13 % da radiação solar é refletida Condições nebulosas (céu coberto): ~ 25 % da radiação solar é absorvida pela superfície (4% de radiação direta e 21% de radiação difusa) ~ 51 % da radiação solar é refletida

21 2. Reflexão e Espalhamento da Radiação
Reflexão: redirecionamento da radiação pela superfície Reflexão especular (espelho) Reflexão difusa ou espalhamento

22 2. Reflexão e Espalhamento da Radiação
Espalhamento: por moléculas de gás ou por pequenas partículas ou gotículas

23 CÉU azul e NUVENS brancas : Espalhamento Rayleigh e Espalhamento Mie
MOLECULAS DO AR tendem a espalhar mais o comprimentos de ondas mais curtos, e em todas as direções → lado mais “azul” do espectro visível → a radiação difusa (do céu) parece “azul” PARTICULAS (gotículas e aerossois) tendem a espalhar igualmente todos os comprimentos de onda, e mais para a frente do que para trás (espalhamento para trás ~ reflexão) → mistura de todas as cores : luz branca → nuvens, neblina, nevoeiro parecem brancos, cinza ou “leitoso”

24 3. TRANSMISSÃO da Radiação através da Atmosfera
“quantidade de radiação que resta após atravessar toda a atmosfera” No topo da atm.: a luz (branca) solar começa a ser espalhada, principalmente sua parte “azul” Quando a rad. avança pela atm., mais rad. azul é espalhada para fora do feixe direto (e transmitida como rad. difusa) → múltiplos espalhamentos Na superfície a maior parte da luz transmitida no feixe direto é a luz amarela e vermelha → por do sol ou nascer do sol vermelho

25 4. ABSORÇÃO da Radiação na Atmosfera
ABSORÇÃO: conversão de radiação em calor -> aumenta a temperatura da substancia absorvedora LEI DE KIRCHOFF: Se uma substância é um emissor eficiente em uma dada faixa de comprimentos de onda, ela também é um eficiente absorvedor na mesma faixa de comprimento de onda: ελ = aλ ABSORÇÃO SELETIVA: a absorvidade dos gases atmosféricos é altamente especifica a determinadas bandas espectrais ou a faixas de comprimentos de onda

26 “aprisionamento de radiação por efeito estufa”
ABSORÇÃO SELETIVA Absorvedores da RADIAÇÃO SOLAR (OC): - absorvedores de UV: ozônio (O3) e oxigênio (O2) - no visível : (0,4 a 0,7 μm) : quase nada (“janela”) Absorvedores de RAD. TERRESTRE (OL): - absorvedores de IV: H2O, CO2, N2O, O3, O2 - pico da radiação terrestre (8 a 12 μm) : quase nada (“janela”) “A atmosfera é transparente para a radiação solar mas quase opaca para a radiação terrestre: “aprisionamento de radiação por efeito estufa”

27 Espectro da radiação solar no topo da atmosfera (curva superior) e no nível do mar (curva inferior), para atmosfera média e sol no zênite. A área entre as duas curvas representa a diminuição da radiação devido a: Retro-espalhamento e absorção por nuvens e aerossóis e retro-espalhamento por moléculas do ar (área não sombreada) e absorção por moléculas do ar (área sombreada) “janela” no visivel UV

28 Absortividade de alguns gases da atmosfera e da atmosfera como um todo : as “janelas”
UV VIS IV

29 O que acontece se “fechar as janelas”?
Janela da rad. visivel: - aumentar a cobertura de nuvem, e/ou os aerossóis refletores - aumentar o albedo global - redução da entrada de energia no sistema Terra-Atmosfera - EFEITO DE ESFRIAMENTO

30 O que acontece se “fechar as janelas”?
Janela da rad. de onda longa: - aumentar H2O, CO2 ou outros gases do efeito estufa - aumentar a absorção de IV na atmosfera - EFEITO DE AQUECIMENTO - ou (aumento do) EFEITO ESTUFA

31 Efeito estufa