Balanço de Radiação

Balanço de radiação

“Balanço” é a diferença entre a entrada e a saída de elementos de um sistema. Os principais componentes para o balanço de radiação no sistema terrestre são: superfície, atmosfera e nuvens.

entrada - saída = balanço

Radiação do Sol e da Terra

Quando a radiação solar entra no sistema climático da Terra, uma parte é absorvida pela superfície do planeta e outra parte é refletida de volta para o espaço. A radiação solar é um dos principais fatores que assegura a vida na Terra.

A maioria da energia do Sol é emitida de sua superfície, onde a temperatura é aproximadamente 5.727ºC. Já a temperatura média da superfície da Terra é de 15ºC, ou seja, o Sol irradia muito mais energia que a Terra.

Verificamos que a grande parte da radiação emitida pelo Sol se encontra na faixa espectral em torno de 0,5 m. E a radiação terrestre se concentra na faixa de 10 m.

Por esta razão, a radiação solar é denominada radiação de ondas curtas e a terrestre radiação de ondas longas.

O Sol emite a energia necessária para praticamente toda a vida natural e os movimentos atmosféricos de nosso planeta. Quando a radiação solar atinge a Terra, ela é refletida, espalhada e absorvida.

Espalhamento e reflexão

• 30% da radiação perde-se para o planeta por estes processos que constituem o albedo;

Absorção atmosférica

• 19% é absorvida pela atmosfera;

Absorção da superfície

• 51% da radiação solar restante é absorvida pela superfície do globo.

Componentes da distribuição da radiação

Os componentes da distribuição da radiação são: espalhamento e reflexão, absorção atmosférica e absorção da superfície.

Espalhamento e reflexão

• 6% é espalhada para o espaço pela própria atmosfera;

• 20% é refletida pelas nuvens;

• 4% é refletida pela superfície da Terra;

Absorção atmosférica

• 3% da radiação solar restante é absorvida pelas nuvens;

• 16% é absorvido pelo vapor de água, as poeiras e outros componentes.

Absorção da superfície

• 25% penetra diretamente na superfície da Terra sem nenhuma interferência da atmosfera;

• 26% radiação difundida para a superfície.

Em um solo coberto de vegetação as folhas absorvem uma grande quantidade de radiação, impedindo a incidência direta na superfície. Entre a vegetação parte da energia é consumida na evaporação o que afeta significativamente o balanço de energia.

Espalhamento

Embora a radiação solar incida em linha reta, os gases e aerossóis podem causar o seu espalhamento. Esta insolação difusa é constituída de radiação solar que é espalhada ou refletida de volta para a Terra causando claridade do céu durante o dia e a iluminação de áreas que não recebem iluminação direta do Sol.

As características do espalhamento dependem, em grande parte, do tamanho das moléculas de gás ou aerossóis. O espalhamento por partículas cujo raio é menor que o comprimento de onda da radiação espalhada é dependente do comprimento de onda.

Quando a radiação é espalhada por partículas cujos raios se aproximam ou excedem em aproximadamente até 8 vezes o comprimento de onda da radiação, o espalhamento não depende do comprimento de onda.

Quando o raio das partículas é maior que aproximadamente 8 vezes o comprimento de onda da radiação, a distribuição angular da radiação espalhada pode ser descrita pelos princípios da ótica geométrica. O espalhamento de luz visível por gotas de nuvens, gotas de chuva e partículas de gelo se incluem nestes casos e produzem uma variedade de fenômenos óticos como os arco-íris e as auréolas.

raio < compr. de onda : depende do comprimento de onda

raio > até 8X o compr. de onda : não depende do comprimento de onda

raio acima de 8X o compr. de onda : princípios da ótica geométrica

Reflexão

A reflexão ocorre no limite entre dois meios diferentes, quando parte da radiação que atinge este limite é enviada de volta.

A porção da radiação que é refletida por uma superfície é chamada de albedo. O albedo varia no espaço e no tempo, dependendo da natureza da superfície e da altura do Sol. Dentro da atmosfera, os topos das nuvens são os mais importantes refletores. O albedo dos topos de nuvens depende de sua espessura, variando de menos de 40% para nuvens finas a 80% para nuvens espessas. Já o albedo da Terra como um todo é 30%.

Absorção na atmosfera

Quando uma molécula absorve energia na forma de radiação esta energia é transformada em movimento molecular interno causando o aumento da sua temperatura. Por isso, os gases que absorvem melhor a radiação têm papel importante no aquecimento da atmosfera.

O vapor d'água tem um alto índice de absorção da radiação solar. Juntamente com o oxigênio e o ozônio, o vapor d’água representa a maior parte dos 19% da radiação solar que são absorvidos na atmosfera.

Ele é responsável pela maior parte da absorção da radiação solar na faixa do infravermelho. Este fenômeno ocorre na troposfera que é onde existe a maior concentração do vapor d'água.

Absorção na superfície

Aproximadamente 51% da energia solar que chega ao topo da atmosfera atinge a superfície da Terra. Depois, a maior parte desta energia é irradiada de volta para a atmosfera no intervalo infravermelho.

Neste intervalo, o vapor d'água e o dióxido de carbono são os principais gases absorvedores. O vapor d'água absorve aproximadamente 5 vezes mais radiação terrestre que todos os outros gases combinados.

Como a atmosfera é bastante transparente para a radiação solar (ondas curtas) e mais absorvente para radiação terrestre (ondas longas), a atmosfera é aquecida a partir da radiação emitida pela superfície da própria Terra.

A importância do vapor d'água e dióxido de carbono em manter a atmosfera aquecida é bem conhecida em regiões montanhosas. Topos de montanhas recebem mais radiação que os vales durante o dia, porque há menos atmosfera a atravessar. À noite, porém, a atmosfera menos densa também permite maior perda de calor. Por isso, os vales permanecem mais quentes que as montanhas, mesmo recebendo menos radiação.

As nuvens também são bons absorvedores de radiação infravermelha (ondas curtas) e tem papel importante em manter a superfície da Terra aquecida, especialmente à noite. Uma grossa camada de nuvens pode absorver a maior parte da radiação terrestre e reirradiá-la de volta. Isto explica porque em noites secas e claras a superfície se resfria bem mais que em noites úmidas ou com nuvens. Mesmo uma cobertura fina, através da qual a Lua é visível, pode elevar a temperatura noturna em torno de 5°C.