Radiacao Solar - Prof Danilo

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia. Prof. Danilo Cesar

Radiação Eletromagnética Definições e aplicações

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

VARIAÇÕES NA ATMOSFERA 1. Radiação: Medidas, Ciclo Diurno e Anual, Variação Global 2. Temperatura: Medidas, Ciclo Diurno e Anual, Variação Meridional e Vertical 3. Umidade: Medidas, Variação Global e Vertical 4. Precipitação: Medidas, Variação Global 5. Pressão: Medidas, Ciclo Diurno e Anual, Variação Meridional e Vertical 6. Ventos: Medidas, Ciclo Diurno e Anual, Variação Meridional e Vertical

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Radiação Instrumentos de Medida: Heliográfo

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Radiação Instrumentos de Medida: Piranômetro

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Radiação Instrumentos de Medida: Radiômetro Líquido

Variação da Insolação

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Variação da Insolação • Insolação= Radiação Solar/ unidade de área

• Depende do ângulo de incidência dos raios solares; • Ângulo de incidência depende da latitude, do dia do ano e da hora do dia.

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Dependência Latitudinal da Radiação Incidente

Média Anual • Fluxo Incidente Médio no Equador: FT

S

1367 Wm

2

435 Wm

2

• Fluxo Incidente Médio Global: Distribuição Latitudi-nal Média Anual da Radiação incidente.

FG

S 4

1367 Wm 4

2

341Wm

2

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Dependência Latitudinal da Radiação Emergente • Radiação Emergente: – varia menos com a latitude; – vapor d’água é o principal emissor, logo depende fortemente da temperatura; – no nível que a atmosfera é transparente à radiação terrestre, temperatura está aproximadamente igual (a altitudes diferentes); Saldo líquido nos trópicos e déficit líquido nas latitudes altas

– não existe controle geométrico.

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Variação Sazonal HN

HS

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Variação Mensal

Prof. Danilo Cesar

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Variação Diária

Prof. Danilo Cesar

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Radiação Líquida: Variação Diária Radiação recebida descontada da radiação emitida: RL=R -R

Radiação máxima, mínima e média recebida anualmente.

Variação Global

Média anual de insolação diária no Brasil (horas)

Fonte: ATLAS Solarímétrico do Brasil. Recife : Editora Universitária da UFPE, 2000. (Adaptado)

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

RADIAÇÃO ELETROMAGÉTICA Praticamente toda a troca de energia entre a Terra e o resto do Universo ocorre por radiação, que é a única que pode atravessar o relativo vazio do espaço. O sistema Terraatmosfera está constantemente absorvendo radiação solar e emitindo sua própria radiação para o espaço. Numa média de longo prazo, as taxas de absorção e emissão são aproximadamente iguais, de modo que o sistema está muito próximo ao equilíbrio radiativo. A radiação também tem papel importante na transferência de calor entre a superfície da Terra e a atmosfera e entre diferentes camadas da atmosfera.

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

O comprimento de onda ( ) é a distância entre cristas (ou cavados) sucessivos; a freqüência de onda ( ) é o número de ondas completas (1 ciclo) que passa por um dado ponto por unidade de tempo (s). A relação entre , e a velocidade c é c= λ

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

RADIAÇÃO ELETROMAGÉTICA A radiação eletromagnética pode ser considerada como um conjunto de ondas (elétricas e magnéticas) cuja velocidade no vácuo é ( ). As várias formas de radiação, caracterizadas pelo seu comprimento de onda, compõem o espectro eletromagnético.

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Embora o espectro eletromagnético seja contínuo, nomes diferentes são atribuídos a diferentes intervalos porque seus efeitos, geração, medida e uso são diferentes. Por exemplo, as células da retina do olho humano são sensíveis a uma radiação num estreito intervalo chamado luz visível, com l entre e

Quando as ondas infravermelhas atingem a superfície que sofrem reflexão, transmissão ou absorção. Reflexão - Reflexão solar mede a capacidade da superfície de um material refletir a luz do sol (incluindo as ondas de luz visível, infravermelho e ultravioleta) em uma escala de 0 a 1. Um valor 0.0 indica que a superfície absorve toda a radiação solar e um valor de 1.0 indica total reflexão. Transmissão - a passagem dos raios solares na atmosfera (ou qualquer corpo) que aquecem o nosso ambiente. Emissividade - É a capacidade de uma superfície absorver ou emitir radiação eletromagnética. Absorção - Toda energia absorvida produz calor (em circunstâncias especiais algumas ondas se tornam fluorescentes) . O calor transita entre altas e baixas temperaturas. Porém, o calor produzido pela absorção aumenta a temperatura do material que pode ser conduzido através do material ou dissipado a partir da sua superfície.

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Espectro Eletromagnético A maior parte da energia radiante do sol está concentrada nas partes visível e próximo do visível do espectro. A luz visível corresponde a ~43% do total emitido, 49% estão no infravermelho próximo e 7% no ultravioleta. Menos de 1% da radiação solar é emitida como raios X, raios gama e ondas de rádio.

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Apesar da divisão do espectro em intervalos, todas as formas de radiação são basicamente iguais. Quando qualquer forma de energia radiante é absorvida por um objeto, o resultado é um crescimento do movimento molecular e um correspondente crescimento da temperatura.

Prof. Danilo Cesar

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Espectro de Absorção Atmosférica • Atmosfera é quase transparente ao visível, no pico do espectro do Sol; • Atmosfera é muito opaca ao UV; • Atmosfera é um pouco opaca ao IV, muito opaca em algumas bandas e transparente em outras; • N2 não figura na absorção e O2 absorve somente no UV longínquo e um pouco no IV.

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Espectro de Absorção Atmosférica A absorção é dominada pelas moléculas triatômicas: – O3 na banda do UV; – H2O, CO2 e outros na banda do IV.

Moléculas triatômicas tem modos vibracionais e rotacionais que são facilmente excitados pela radiação nos comprimentos de onda do IV. Elas estão em baixa concentração na atmosfera e vulneráveis a ação antropogênica.

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Espectro de Absorção Atmosférica

Fração de radiação transmitida até o topo da atmosfera.

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

ABSORÇÃO E EMISSÃO DE RADIAÇÃO POR MOLÉCULAS

Qualquer molécula isolada possui uma certa quantidade de energia além daquela associada com seu movimento no espaço. A maior parte está na forma de energia cinética e energia potencial eletrostática dos elétrons que se movimentam em órbitas em torno do núcleo dos átomos. Outras quantidades menores de energia estão associadas com a vibração de átomos em torno de suas posições médias na molécula e a rotação da molécula em torno de seu centro de massa.

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Albedo para algumas superfícies no intervalo visível ( % )

Solo descoberto

10-25

Areia, deserto Grama Floresta Neve (limpa, seca) Neve (molhada e/ou suja) Superfície do mar (sol > 25° acima do hor.)

25-40 15-25 10-20 75-95 25-75 <10 10-70 70-80 25-50

Superfície do mar (pequena altura do sol)

Nuvens espessas Nuvens finas

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

ABSORÇÃO E EMISSÃO DE RADIAÇÃO POR MOLÉCULAS A mecânica quântica prevê que apenas certas configurações de órbitas de elétrons são permitidas para cada átomo e que apenas certas freqüências e amplitudes vibracionais, e certas taxas de rotação são permitidas para uma molécula particular. Cada combinação possível de órbitas de elétrons, vibração e rotação pode ser identificada com um nível particular de energia, que representa a soma dos três tipos de energia.

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

ABSORÇÃO E EMISSÃO DE RADIAÇÃO POR MOLÉCULAS Uma molécula pode sofrer uma transição para um nível mais alto de energia absorvendo radiação eletromagnética. Da mesma forma, ela pode descer a um nível mais baixo de energia emitindo energia radiante. Somente certas variações discretas de energia são permitidas, previstas pela teoria quântica.

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Pode-se dizer que a atmosfera é bastante transparente à radiação solar incidente pois absorve apenas 19% de sua energia e que, portanto, esta não é um aquecedor eficiente da atmosfera. A maior parte da absorção da radiação solar em comprimentos de onda do intervalo infravermelho deve-se ao vapor d'água e ocorre na troposfera, onde a maior parte do vapor d'água está localizado. Esta parte da absorção apresenta grande variabilidade devido à distribuição do vapor d'água.

Esta radiação disponível à superfície divide-se em três componentes:

- Direta: a que vem "diretamente" desde o disco solar;

- Difusa: a proveniente de todo o céu exceto do disco solar, das nuvens, gotas de água, etc; - Refletida: proveniente da reflexão no chão e dos objetos circundantes.

A soma destas três componentes é denominada como radiação global.

Efeito-estufa É o processo de reflexão da radiação solar, causando aumento da temperatura do planeta. Essa reflexão é causada por uma barreira formada por diversos gases, sendo o gás carbônico o mais importante.

Distribuição percentual da radiação solar incidente

Mecanismos de Transferência de Calor

Balanço de Calor da Terra e atmosfera

Curso de Agronomia – Meteorologia e Climatologia.

Prof. Danilo Cesar

Balanço de Radiação

Figura. Balanço de radiação na atmosfera.

BANDAS DO ESPECTRO SOLAR QUE AFETAM O CRESCIMENTO VEGETAL 1ª BANDA (_ > 1,0 μ): NÃO CAUSAM DANOS E SÃO ABSORVIDAS PELA PLANTA. 2ª BANDA (1,0 > _ > 0,72 μ): É A REGIÃO QUE EXERCE EFEITO SOBRE O CRESCIMENTO DAS ESPECTRO SOLAR PLANTAS. O TRECHO PRÓXIMO À 1,0 μ É IMPORTANTE PARA O FOTOPERIODISMO, GERMINAÇÃO * 0,2 CONTROLE a 0,4 mícron – ULTRAVIOLETA – 9% DOS FRUTOS. DE SEMENTES, DA FLORAÇÃO E COLORAÇÃO

* 0,4 a 0,7 mícron – PARTE VISÍVEL – 41% 3ª BANDA (0,72 > _ > 0,61 μ): REGIÃO FORTEMENTE ABSORVIDA PELA CLOROFILA. GERA Radiações azuis, verdesESPECTRAL e parte das vermelhas FORTE ATIVIDADE FOTOSSINTÉTICA, APRESENTANDO EM VÁRIOS CASOS TAMBÉM FORTE * 0,7 a 4 micra – INFRAVERMELHO – 50% ATIVIDADE FOTOPERIÓDICA. 4ª BANDA (0,61 > _ > 0,51 μ): REGIÃO ESPECTRAL DE BAIXO EFEITO FOTOSSINTÉTICO E DE FRACA AÇÃO SOBRE A FORMAÇÃO DA PLANTA. CORRESPONDE A REGIÃO VERDE DO ESPECTRO VISÍVEL. 5ª BANDA (0,51 > _ > 0,40 μ): É A REGIÃO DE MAIOR ABSORÇÃO PELA CLOROFILA E PIGMENTOS AMARELOS (CAROTENÓIDES). CORRESPONDE AO AZUL VIOLETA E É TAMBÉM REGIÃO DE GRANDE ATIVIDADE FOTOSSINTÉTICA, EXERCENDO AINDA VIGOROSA AÇÃO NA FORMAÇÃO DA PLANTA. 6ª BANDA (0,40 > _ > 0,315 μ): ESTA FAIXA EXERCE EFEITOS DEFORMATIVOS NAS PLANTAS, QUE TORNAM-SE MAIS BAIXAS E COM FOLHAS MAIS ESPESSAS. 7ª BANDA (0,315 > _ > 0,28 μ): É PREJUDICIAL À MAIORIA DAS PLANTAS, MATANDO-AS DEPOIS DE ALGUM TEMPOR DE EXPOSIÇÃO. 8ª BANDA (_ > 0,28 μ): RADIAÇÃO QUE MATA RAPIDAMENTE AS PLANTAS.

Fim