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 Radiação Solar - Interacção com a Terra

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MensagemAssunto: Radiação Solar - Interacção com a Terra   Sab Mar 08, 2008 10:35 pm

Interacção com a Terra


A energia solar incidente sobre a atmosfera e a superfície terrestre segue um de três destinos: ser reflectida, absorvida ou transmitida.

A energia reflectida e o albedo

Parte substancial da energia recebida sobre a superfície terrestre é reenviada para o espaço sob a forma de energia reflectida. As nuvens, as massas de gelo e neve e a própria superfície terrestre são razoáveis reflectores, reenviando para o espaço entre 30 e 40% da radiação recebida (enquanto a Lua reflecte sob a forma de luar apenas 7 a 12% da radiação incidente). A esta rácio entre a radiação reflectida e incidente chama-se albedo.


Absorção atmosférica

Entre a irradiação do Sol medida fora da atmosfera e a energia que atinge a superfície da Terra (linha amarela) existem diferenças substanciais resultantes da absorção atmosférica. Esta é selectiva, atingindo o seu máximo em torno dos pontos centrais dos espectros de absorção dos gases atmosféricos (indicados na imagem).
Repare-se a elevada absorção do ozono atmosférica na banda dos ultravioletas e no efeito do vapor de água e do dióxido de carbono, estes actuando essencialmente sobre os comprimentos de onda maiores.
Esta absorção selectiva está na origem do efeito de estufa, devido ao facto da radiação terrestre, resultante do retorno para o espaço da radiação solar por via do aquecimento da Terra, ser feita essencialmente na banda dos infravermelhos longos, radiação para a qual o CO2 tem grande capacidade de absorção.
A parcela absorvida dá origem, conforme o meio, aos processos de foto-conversão e termo-conversão. Na foto-conversão, a energia absorvida é remetida, embora em geral com frequência diferente, sendo os novos fotões em geral sujeitos a novas absorções, num efeito em cascata que em geral termina numa termo-conversão, a qual consiste na captura da energia e a sua conversão em calor, passando o material aquecido a emitir radiação com um espectro correspondente à sua temperatura, o que, no caso da Terra, corresponde à radiação infravermelha que forma o grosso da radiação terrestre.


Transmissão

De toda a radiação solar que chega às camadas superiores da atmosfera, apenas uma fracção atinge a superfície terrestre, devido à reflexão e absorção dos raios solares pela atmosfera. Esta fracção que atinge o solo é constituída por uma componente directa (ou de feixe) e por uma componente difusa.
Para além das duas componentes atrás referidas, se a superfície receptora estiver inclinada com relação à horizontal, haverá uma terceira componente reflectida pelo ambiente circundante (nuvens, solo, vegetação, obstáculos, terreno).
Antes de atingir o solo, as características da radiação solar (intensidade, distribuição espectral e angular) são afectadas por interacções com a atmosfera devido aos efeitos de absorção e espalhamento. Essas modificações são dependentes da espessura da camada atmosférica atravessada (a qual depende do ângulo de incidência do Sol, sendo maior ao nascer e pôr-do-sol, daí a diferente coloração do céu nesses momentos). Este efeito é em geral medido por um coeficiente designado por Coeficiente de Massa de Ar (AM), o qual é complementado por um factor que reflecte as condições atmosféricas e meteorológicas existentes no momento.


O equilíbrio energético no planeta



Em média, da radiação solar incidente (sobre o sistema Terra/atmosfera):
* 19 % é perdida por absorção pelas moléculas de oxigénio e ozónio da radiação ultravioleta (de alta energia) na estratosfera (onde a temperatura cresce com a altitude);

* 6% é perdida por difusão da luz solar de menor comprimento de onda - azuis e violetas - (o que faz com que o céu seja azul);

* 24% é perdida por reflexão - 20% nas nuvens e 4% na superfície. (O albedo do planeta é de 30% (6% difusão+24% reflexão).

* 51% é absorvida pela superfície. (Note que os valores apresentados são valores médios. Por exemplo, nos pólos a reflexão da radiação solar incidente é geralmente maior do que 24% e nos oceanos menor do que 24%.)
A energia radiada pela superfície da Terra, na gama dos infravermelhos, corresponde a cerca de 117% do total de radiação solar incidente (sobre o sistema Terra/atmosfera). Dessa energia, apenas 6% é emitida directamente para o espaço (emissão terrestre) e 111% é absorvida pelos gases de estufa da atmosfera, que reemite depois, de volta para a superfície, uma energia correspondendo a 96% da radiação solar incidente. Finalmente, uma energia correspondendo a 64% da radiação solar incidente é emitida pela atmosfera para o espaço (emissão atmosférica).
Note que estes números traduzem um equilíbrio no sistema Terra/atmosfera: a radiação emitida para o espaço é igual à radiação solar incidente [24% (reflexão) + 6% (difusão) + 64% (emissão atmosférica) + 6% (emissão terrestre) = 100%].
No entanto, em média, a superfície absorve mais radiação da que emite e a atmosfera radia mais energia do que a que absorve. Em ambos os casos, o excedente de energia é de cerca de 30% da energia da radiação solar incidente no sistema Terra/atmosfera:
Superfície - energia absorvida: 147% (51% do Sol + 96% da atmosfera); energia emitida: 117%
Atmosfera - energia absorvida: 130% (19% ultravioletas. + 111% emissão terrestre); emitida: 160% (64% para o espaço + 96% para a superfície)
A partir desta constatação pareceria que a superfície deveria ir aquecendo e a atmosfera arrefecendo. Isso não acontece porque existem outros meios de transferência de energia da superfície para a atmosfera que representam, no seu conjunto, uma transferência líquida de 30% do total de radiação solar incidente que equilibra o orçamento de energia no planeta.
O ar quente que se eleva na atmosfera a partir da superfície transfere calor para a atmosfera. Essa transferência de calor (o fluxo de calor sensível) corresponde a um valor de energia que é 7% do total de radiação solar incidente.
A evaporação da água na superfície do planeta corresponde a uma extracção de calor que acaba por ser libertado durante o processo de condensação na atmosfera (que dá origem à formação das nuvens). Essa transferência de calor (o fluxo de calor latente) corresponde a um valor de energia que é 23% do total de radiação solar incidente.
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