03c_Radiação e Balanco Radiativo

Profa. Aline Sarmento Procopio 3c- Radiação - Balanço Radiativo

Introdução à Climatologia e Poluição Atmosférica 1

RADIAÇÃO

FACULDADE DE ENGENHARIA

BALANÇO DE ENERGIA E FORÇANTES RADIATIVAS

Profa. Aline Sarmento ProcópioDep. Engenharia Sanitária e Ambiental



BALANÇO RADIATIVO

� O balanço radiativo do sistema Terra-Atmosfera é dado pelo saldo de radiação no sistema:

balanço = radiação que entra – radiação que sai

� As componentes principais do sistema terrestre importantes para o balanço são: superfície, atmosfera e nuvens.

longa onda de radiação da saldo

curta onda de radiação da saldo

radiação de totalsaldo Q

:onde

0

*

*

*

***

→→→

=+↑=−↓+↑−↓=

L

K

LKLLKKQ

� Há equilíbrio no sistema quando:



� Pode haver a não ocorrência do balanço radiativo (em escala reduzida ou micro-escala), mas há balanço de energia:

� A energia radiativa absorvida pela superfície pode ser convertida em calor latente (evaporação/condensação) e calor sensível (geração de movimentos convectivos).

BALANÇO DE ENERGIA

�� calor sensível: associado à mudança de temperatura;

�� calor latente: associado à mudança de fase (água recebe calor sensível

na evaporação e o libera na condensação)



� A constante solar (S0) é definida como

sendo o fluxo solar total interceptado

pela Terra (no topo da atmosfera).

rsol

dsol-terra

pela Terra (no topo da atmosfera).

� Como calcular esse valor?



� Imagine uma lâmpada com potência de PWatts � a radiação se propaga, e os mesmos P Watts emitidos pela lâmpada atingem esferas concêntricas imaginárias ao redor da lâmpada.

� Qual o fluxo de radiação a uma distância r2 da lâmpada?

RECORDANDO:

r1

r2

P

lâmpada?

]/[ 2mWA

PF =

2211 AFAFP ⋅=⋅= 222

211 44 rFrF ππ ⋅=⋅

2

2

112

⋅=

r

rFF



� Da Lei de Stefan-Boltzmann:

ASSIM:

rsol

dsol-terra

2

0

⋅=

−terrasol

solsol d

rFS

2

2

112

⋅=

r

rFF

484 5770106705,5.)( ⋅×=== −TTFFsol σ24 MW/m 8,62.)( === TTFF σ

� Sabendo-se que: rsol = 6,95 x 108 mdsol-terra = 1,5 x 1011 m

tem-se:

24 MW/m 8,62.)( === TTFFsol σ

2

11

86

0 105,1

1095,6108,62

×××=S

20 W/m 18,1348=S

Existe uma pequena variação nos valores de S0 adotados por diferentes pesquisadores, avaliadosentre 1350 Wm-2 a 1370 Wm-2 (Liou, 2002; Thomas e Stamnes, 1999; Seinfeld e Pandis, 1998).



Figura: http://krygier.owu.edu/



2Ra π=

área de captação solar da Terra = área da projeção plana da Terra

perpendicular à radiação solar (ap)

24 TT Ra π=

Tp Ra π=

área da Terra que recebe a energia interceptada = área da superfície

terrestre (aT)



� Assim, o total de energia solar por tempo interceptada pela Terra é dado por:

:logo 200 Tp

S RSaSt

E π⋅=⋅=

� Se toda essa energia solar recebida por unidade de tempo for distribuída uniformemente pela superfície do planeta, teremos:

aFt

E

at

EF

áreatempo

energia

área

potênciaF .

.

.=⇒=⇒==

uniformemente pela superfície do planeta, teremos:

� Onde S é a energia solar recebida por unidade de tempo que atinge cada unidade de área da superfície terrestre (no topo da atmosfera terrestre)

4 2TT

S RSaSt

E π⋅=⋅=

SUBSTITUINDO-SE:

4 4 02

02 S

SRSRS TT =⇒⋅=⋅ ππ 2W/m 342 ≅S



� Lembrando:

� Assumindo que a Terra é um corpo negro com temperatura média de equilíbrio de 288 K, aplicando-se a Lei de Stefan-Boltzmann:

484 288106705,5.)( ⋅×=== −TTFFterra σ 288106705,5.)( ⋅×=== TTFFterra σ

2W/m 390 =terraF



Vian

ello

e A

lves, 2

00

6

Albedo



Vian

ello

e A

lves, 2

00

6

Albedo



Vian

ello

e A

lves, 2

00

6

Albedo



Ad

apta

do

de

Bae

de

et a

l. (

20

01

)



FORÇANTE RADIATIVA FORÇANTE RADIATIVA �� denota uma denota uma

perturbação externa no balanço de energia perturbação externa no balanço de energia

radiativa do sistema climático de Terra.radiativa do sistema climático de Terra.

Forçante radiativa (FR):

inicialsistema perturbadosistema )()( ↑−↓−↑−↓= FFFFFR





IPCC, 2013

� TERMOS UTILIZADOS:

� Disponibilidade de evidências: limited, medium, robust

� Grau de concordância das evidências: low, medium, high

� Nível de confiabilidade: very low, low, medium, high , very high

� Possibilidade de ocorrência de uma previsão: virtually certain (99-100%), very likely (90-100%), likely (66-100%), about as likely or not(33-66%), unlikely (0-33%), very unlikely (0-10%), exceptionallyunlikely (0-1%).



Estimativas anuais das forçantesradiativas no clima (global)



O PAPEL DOS AEROSSÓIS NO CLIMA



EFEITOS DIRETOS NO CLIMA aumento da reflexão de

radiação solar

diminui a radiação que chega até a

superfície

Superfície

aumento da absorção de

radiação solar

aumento da temperatura da

atmosfera



Concentrações de partículas na AmazôniaConcentrações de partículas na AmazôniaMudanças de concentrações extremamente baixas da ordem de 5-12 μg/m³ a valores extremamente elevados de 500-600 μg/m³ em áreas afetadas por queimadas

Alta Floresta Aerosol Mass Concentration 1992-2000

400

500

600

Mas

s co

nce

ntr

atio

n (

µg/m

³)

Coarse Mode

Fine Mode

Valor médio em São Paulo (inverno) = 80µµµµg/m3

0

100

200

300

400

23-Ago-92

23-Nov-92

23-Fev-9323-M

ai-93

23-Ago-93

23-Nov-93

23-Fev-9423-M

ai-94

23-Ago-94

23-Nov-94

23-Fev-9523-M

ai-95

23-Ago-95

23-Nov-95

23-Fev-9623-M

ai-96

23-Ago-96

23-Nov-96

23-Fev-9723-M

ai-97

23-Ago-97

23-Nov-97

23-Fev-9823-M

ai-98

23-Ago-98

23-Nov-98

23-Fev-9923-M

ai-99

23-Ago-99

23-Nov-99

23-Fev-00M

ass

con

cen

trat

ion

(µg

/m³)



FLORESTAS

EXPLORAÇÃOEXPLORAÇÃO

MADEIREIRAMADEIREIRA

QUEIMADASQUEIMADASQUEIMADASQUEIMADAS

Mais de 600 mil km2,

área maior que MG,

já estão desmatados.



PASTAGENS

a pecuária ocupa 80% a pecuária ocupa 80%

das áreas desmatadas



Mudanças de uso da terra na AmazôniaMudanças de uso da terra na Amazônia

RondôniaRondônia 19861986

Rondônia 1992Rondônia 1992


Fonte: IPAM e INPE



Mudanças de uso da terra na AmazôniaMudanças de uso da terra na Amazônia

Fonte: IPAM e INPE




Ji-Paraná – Rondônia



: ::

Baixa conc. de partículas

Baixa conc. de NCN

Nuvens rasas com alta eficiência de

precipitação

Amazônia limpa

EFEITOS INDIRETOS NO CLIMA

Alta conc. de partículas

Alta conc. de NCN

Nuvens profundas com baixa eficiência

de precipitaçãoQueima de biomassa



visibilidade ~ ??? kmN ~ 500 cm-3

CCN ~ 50-200 cm-3

BC ~ 0.1- 0.2 µg m-3

dia limpo

visibilidade ~ 800 mN ~ 10.000 cm-3

CCN ~ 3.000-6.000 cm-3

BC ~ 7- 20 µg m-3

dia enfumaçado

Fotos: Roberts, G.



Amazônia Amazônia -- estação úmidaestação úmida-- O O “Oceano “Oceano Verde” Verde” --



O “Oceano Verde” O “Oceano Verde” repentinamente seca: repentinamente seca: Nuvens esfumaçadas Nuvens esfumaçadas sobre a Amazôniasobre a Amazônia



Arco do

desflorestamento

http://www.inpe.br/queimadas/index.php



http://modis-atmos.gsfc.nasa.gov/MOD08_M3/index.html



A fumaça de queimadas cobre áreas de milhões de km 2

Trajetória –aerossóis de queimadas Altitude (m)

Freitas Longo and Silva Dias, 1996



Transporte dos aerossóis Transporte dos aerossóis de queimadasde queimadas

http://www.cptec.inpe.br/meio_ambiente/



- 7±1 W/m²

Índia - INDOEX

Topo:

Amazônia - LBA

Ichoku et al., 2003

Forçantes Radiativas – queima de biomassa:

- 9±±±±0,50,50,50,5 W/m²

África - SAFARI

Ramanathan, 2000

- 11 W/m²

Procopio et al., 2004

- 23±2 W/m²

+ 16+ 16±±2 W/m²2 W/m²+ 29 + 29 ±±±±±±±± 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 W/m²W/m²

- 38±±±±1,51,51,51,5 W/m²

AtmosAtmosffereraa::

Superfície: - 26 W/m²

+ 15+ 15 W/m²W/m²



REDUÇÃO DA RAD. SOLAR INCIDENTE

NA NA SUPERFÍCIE

01/2003

Procopio, A.S.




NA NA SUPERFÍCIE

02/2003

Procopio, A.S.




NA NA SUPERFÍCIE

03/2003

Procopio, A.S.




NA NA SUPERFÍCIE

04/2003

Procopio, A.S.




NA NA SUPERFÍCIE

05/2003

Procopio, A.S.




NA NA SUPERFÍCIE

06/2003

Procopio, A.S.




NA NA SUPERFÍCIE

07/2003

Procopio, A.S.




NA NA SUPERFÍCIE

08/2003

Procopio, A.S.




NA NA SUPERFÍCIE

09/2003

Procopio, A.S.




NA NA SUPERFÍCIE

10/2003

Procopio, A.S.




NA NA SUPERFÍCIE

11/2003

Procopio, A.S.




NA NA SUPERFÍCIE

12/2003

Procopio, A.S.



� Itens 2.2 e 2.3 do Capítulo 2 do livro:

Mendonça, F., Danni-Oliveira, I. M., Climatologia: Noções Básicas e Climas do Brasil. Editora: Oficina de Textos, 2007.2007.

� Radiação Solar e Terrestre - Módulo 3- PROCLIRA

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