Energia na Atmosfera e nos Oceanos ACA 0430 - Meteorologia Sinótica e Aplicações à Oceanografia...
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Energia na Atmosfera e nos Oceanos
ACA 0430 - Meteorologia Sinótica e Aplicações à OceanografiaDCA/IAG/USP
Por que a atmosfera e o oceano se movem continuamente???
Energia solar
Rotação da Terra
Efeito da Força de Coriolis
Deflexão dos movimentos
Variações no campo de temperatura da água do mar
Fluxos de calor através da interface ar-mar
Aquecimento diferencial do Planeta
Ventos – Circulação Amosférica: Energia transferida para o oceano através do acoplamento por atrito.
Evaporação/Precipitação
Variações de salinidade
Circulação Termohalina
Radiação
transporte de energia através de ondas eletromagnéticas
a quantidade de energia transportada por uma onda
eletromagnética é inversamente proporcional ao
comprimento de onda ()
transporte de energia através de ondas eletromagnéticas
a quantidade de energia transportada por uma onda
eletromagnética é inversamente proporcional ao
comprimento de onda ()
Fótons
pacotes de energia das ondas eletromagnéticas, que a transportam no processo de radiação
quantidade de energia associada a um fóton:
pacotes de energia das ondas eletromagnéticas, que a transportam no processo de radiação
quantidade de energia associada a um fóton:
F honde h é a constante de Planck igual a 6,626 x 10-34 J s e é a frequência de oscilação da onda eletromagnética.
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 () dessas ondas obedecem à seguinte relação:
Como a onda eletromagnética se propaga com a velocidade constante e igual a da luz (c), então a freqüência () e o comprimento de onda () dessas ondas obedecem à seguinte relação:
cA distribuição de energia de uma onda eletromagnética em função do comprimento de onda (ou freqüência) é denominada espectro de energia.
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 m até 1 m.
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 m a 0,7 m.
O espectro de energia emitido pelo Sol indica uma emissão contínua em um intervalo de comprimentos de onda que vai de 0,1 m até 1 m.
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 m a 0,7 m.
Radiação Terrestre
O espectro de energia emitido pela Terra indica uma
emissão contínua entre 1 m e 100 m.
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.
O espectro de energia emitido pela Terra indica uma
emissão contínua entre 1 m e 100 m.
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.
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.
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
onde E é o fluxo de radiação em W/m2, é a constante
de Stefan-Boltzmann ( = 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.
onde E é o fluxo de radiação em W/m2, é a constante
de Stefan-Boltzmann ( = 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.
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.
Os gases atmosféricos absorvem radiação solar e terrestre e emitem radiação de onda longa.
Fonte: Meteorology Today
R α T4
maxα T-1
Radiação (solar e infravermelha)
Balanço global de radiação solar
Balanço de radiação na 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.
Valores positivos representam energia se movendo PARA a superfície; valores negativos representa energia saindo da SUPERFÍCIE
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
Qs: Radiação de onda curta; : Albedo superficial;Qn: Radiação de onda longa;Qe: Calor latente;Qh: Calor sensível.
Oceano absorve mais radiação de onda curta.
No oceano: Qe > QhNo continente: Qe ~ Qh
HENsT QQQQQ 1
continenteoceano TT QQ
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 radiaçãoIR absorvida é convertida em “energiainterna”;
- No primeiro metro, 60% da radiaçãosolar é absorvida e 80% é absorvidanos 10m iniciais;
- Somente cerca de 1% se mantém a140m de profundidade nas águas maistransparentes 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 pelosoceanos 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 TermohalinaDiferenças de temperatura e salinidade → Diferenças de densidade → Circulação Convectiva
Circulação Superficial Circulação Profunda