Transcript Aula05_Transf-Energia-Atm

Energia na Atmosfera e nos
Oceanos
ACA 0430 - Meteorologia Sinótica e Aplicações à Oceanografia
DCA/IAG/USP
Por que a atmosfera e o oceano se
movem continuamente???
Energia solar
Aquecimento
diferencial do Planeta
Ventos – Circulação
Amosférica: Energia
transferida para o oceano
através do acoplamento por
atrito.
Fluxos de calor através da
interface ar-mar
Evaporação/Precipitação
Rotação da
Terra
Variações de
salinidade
Efeito da Força de Coriolis
Variações no campo de
temperatura da água do
mar
Circulação Termohalina
Deflexão dos
movimentos
Radiação
transporte de energia através de ondas eletromagnéticas
a quantidade de energia transportada por uma onda
eletromagnética
é
inversamente
comprimento de onda (l)
proporcional
ao
Fótons
pacotes de energia das ondas eletromagnéticas, que a
transportam no processo de radiação
quantidade de energia associada a um fóton:
F  h
onde h é a constante de Planck igual a 6,626 x 10-34 J s e
 é a frequência de oscilação da onda eletromagnética.
Espectro de Energia
Como a onda eletromagnética se propaga com a
velocidade constante e igual a da luz (c), então a
freqüência () e o comprimento de onda (l) dessas
ondas obedecem à seguinte relação:
l  c
A distribuição de energia de uma onda eletromagnética
em função do comprimento de onda (ou freqüência) é
denominada espectro de energia.
Espectro de Radiação
Fonte: Meteorology Today
Radiação Solar
Fonte: Meteorology Today
Espectro de radiação solar
O espectro de energia emitido pelo Sol indica uma
emissão contínua em um intervalo de comprimentos de
onda que vai de 0,1 mm até 1 mm.
Cerca de 44 % da energia do Sol encontra-se na região
de espectro denominada de região do visível
compreendida entre os comprimentos de onda que vão
de 0,4 mm a 0,7 mm.
Radiação Terrestre
O espectro de energia emitido pela Terra indica uma
emissão contínua entre 1 mm e 100 mm.
Assim, não existe sobreposição entre os espectros de
energia emitidos pelo Sol e pela Terra, de tal forma que a
radiação proveniente da Terra é tratada de forma
totalmente independente da radiação proveniente do Sol
e, conseqüentemente, denominada de radiação terrestre
ou radiação de onda longa.
Radiação Infravermelha
A radiação terrestre também é chamada de radiação
infravermelha devido á posição que ocupa no espectro
de radiação eletromagnética.
Radiação solar e terrestre
Fonte: Meteorology Today
Corpo negro
Corpo negro é o nome dado ao corpo que emite o
máximo possível de radiação em todos os comprimentos
de onda.
Utilizando essa definição, a Lei de Stefan-Boltzmann
indica que a quantidade de energia emitida por um corpo
negro é função da temperatura do corpo.
Lei de Stefan-Boltzmann
E  sT
4
onde E é o fluxo de radiação em W/m2, s é a constante
de Stefan-Boltzmann (s = 5,67x10-8 W/m2K4) e T é a
temperatura em Kelvin.
Tanto o Sol quanto a Terra emitem como um corpo negro
a temperaturas de 6000 K e 288 K.
Absorção e Emissão
No processo de absorção de radiação pelas moléculas
de um gás, a energia absorvida é utilizada para modificar
a configuração eletrônica do átomo do gás, fazendo com
que um elétron mude de um orbital para outro mais
energético.
A quantidade de energia envolvida neste processo é
discreta e depende somente da natureza do átomo.
No processo de emissão de energia de um gás, a
energia emitida é igual a energia empregada na transição
eletrônica.
Absorção e emissão de radiação
Fonte: Meteorology Today
Radiação solar e atmosfera
Os gases atmosféricos
absorvem radiação solar e
terrestre e emitem radiação
de onda longa.
Fonte: Meteorology Today
Radiação (solar e infravermelha)
R α T4
lmaxα T-1
Balanço global de radiação solar
Balanço de radiação na superfície
Valores positivos representam energia
se movendo PARA a superfície;
valores negativos representa energia
saindo da SUPERFÍCIE
Net short-wave radiation =
short-wave down - short-wave up
Net long-wave radiation =
long-wave down - long-wave up.
Net radiation =
net short-wave radiation
+ net long-wave radiation.
Balanço global de energia
http://celebrate.ls.no/English/Animations/Science/drivhus_eng.swf
http://earthguide.ucsd.edu/earthguide/diagrams/energybalance/index.html
Balanço global de energia na superfície
http://geography.uoregon.edu/envchange/clim_animations/
http://earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps/
Interação solo-vegetação-atmosfera
A predominância de um determinado processo
depende do tipo e estado da superfície
Balanço de Energia
Balanço de calor na superfície
QT = QS (1-α) – QN – QE – QH
• QS – Radiação de onda curta incidente
• α – Albedo superficial
• QN – Radiação de onda longa emitido
• QE – Fluxo de calor latente
• QH – Fluxo de calor sensível
 Sobre o continente, em um ciclo anual, QT ~ ZERO
pois o calor ganho no verão é perdido para a atmosfera
durante o inverno;
 Sobre o Oceano, em um ciclo anual, há um ganho de
calor entre 20°S e 20°N e perda nas latitudes mais altas;
 As perdas e ganhos são compensados pela
transferência de calor da região tropical para as
latitudes mais altas via Correntes Oceânicas;
 QE
> QH no Oceano e QE ~ QH no continente
Equação do Balanço
QT  Qs 1     QN  QE  QH
Qs: Radiação de onda curta;
 : Albedo superficial;
Qn: Radiação de onda longa;
Qe: Calor latente;
Qh: Calor sensível.
QToceano  QTcontinente
Oceano absorve mais radiação de onda curta.
No oceano: Qe > Qh
No continente: Qe ~ Qh
Radiação que chega no Oceano
 70% da radiação solar (onda curta, espectro “visível”)
atinge a Terra;
 Dos 70%, apenas 30% atinge a superfície de forma
direta;
 A energia radiante que chega no oceano é
novamente filtrada:
Radiação no Oceano
- Nos primeiros 10cm toda a radiação
IR absorvida é convertida em “energia
interna”;
- No primeiro metro, 60% da radiação
solar é absorvida e 80% é absorvida
nos 10m iniciais;
- Somente cerca de 1% se mantém a
140m de profundidade nas águas mais
transparentes do oceano subtropical.
Penetração de Radiação → Transparência
Transparência → Materiais em Suspensão
Balanço de Calor entre Oceano e
Atmosfera
- Radiação incidente decresce do Equador para os Pólos;
- Baixas latitudes → Muita radiação
(ano todo);
- Altas latitudes → Pouca radiação
(ângulo de incidência dos raios);
Transferência de Energia
Ventos e correntes oceânicas → Transporte de calor das baixas para as altas latitudes
Baixas latitudes → Maior transporte oceânico
Altas latitudes → Maior transporte pelos ventos
Comparação entre a energia transportada pelos
oceanos no HN e no HS.
ROC
ROL
Fluxo de calor latente
Dominado pela evaporação
na região dos alísios
Fluxo de calor
Sensível
Fluxo de calor
Ganho na região Equatorial
Interações no oceano...
Convecção Termohalina
Diferenças de temperatura e salinidade → Diferenças de densidade → Circulação Convectiva
Circulação Superficial
Circulação Profunda