INTRODUO S CINCIAS ATMOSFRICAS

Parte 2Sistema internacional de unidades

Sistema solar, Sol e a Terra

Radiao solar

Radiao terrestre

Efeito Estufa

Temperatura de equilbrioParte 211Sistema Internacional de UnidadesParte 22Esse sistema conhecido como SI (iniciais de Sistema Internacional).

XI Conferncia Geral de Pesos e Medidas (realizada em Paris, 1960).

Baseado no sistema MKS (metro-quilograma-segundo).

2Unidades Fundamentais do SIParte 23Distncia: metro (m)Massa: quilograma (kg), Tempo: segundo (s)Temperatura: Kelvin (K)Corrente eltrica: ampre (A)Nmero de partculas: mol (mol)Intensidade de luz: candela (cd)ngulo: radiano (rad)ngulo slido: esferorradiano (sr).3Padres InternacionaisParte 24O metro padro foi definido em 1983 como a distncia percorrida pela luz no vcuo em um intervalo de tempo de 1/299 792 458 de segundo.

O quilograma a massa de um cilindro padro de platina-irdio guardado e polido mensalmente em Paris, Frana.

4Unidades derivadasParte 25

Fonte: Meteorology Today Derivadas5Unidades em MeteorologiaParte 26

Fonte: Meteorology Today 6Unidades em MeteorologiaParte 27

Fonte: Meteorology Today 7AtmosferaParte 28Atmosfera a camada de ar que envolve a Terra. Atmosfera vem do Grego atmos( ) = vapor mais do sphaera( ) = invlucro.

Atmosfera significa invlucro de vapor.

O ar da atmosfera vital para a nossa existncia.

Com ausncia de comida e gua podemos sobreviver alguns dias, mas sem oxignio sobreviveramos apenas alguns minutos.

8Importncia da atmosferaParte 29Se no houvesse atmosfera na Terra no teramos oceanos, lagos, nuvens ou por do sol avermelhado.

No haveria som ou a cor azul do cu.

A Terra seria muito fria durante a noite e muito quente durante o dia (como a Lua).

Mesmo sendo inodora e inspida e, na maior parte do tempo invisvel, a atmosfera nos protege dos RAIOS ULTRA-VIOLETA (UV) e apresenta uma mistura de gases que permite a existncia da vida no planeta 9Atmosfera muito finaParte 210Espessura da atmosferaFonte: NASA

10Sistema SolarParte 211O universo contm bilhes de galxias, que por sua vez, contm bilhes de estrelas.

As estrelas so esferas constitudas de gases em temperaturas altssimas, cuja energia provm da fuso nuclear onde hidrognio convertido em hlio e uma grande quantidade de energia produzida. 11SolO Sol uma estrela de classe G, de grandeza mdia situada em uma das extremidades de Via Lctea.12Sistema Solar e TerraParte 213Orbitando o Sol temos 8 planetas, asteroides e cometas, compondo o sistema solar. Fonte: NASA

13Caractersticas do sistema solar

Fonte: Meteorology Today 14Parte 215

Superfcie de Titan, satlite de Saturno: temp: -180oC

Superfcie de Vnus: temp +480oCParte 216

Superfcie de Marte: temp. -5oCParte 217Jpiter: Sua temperatura varia entre 35000oK no ncleo at -165oC nas camadas mais externas.

Zoom na atmosfera de JpiterParte 218

Europa, satlite de Jpiter:

Zoom de EuropaEnergia e CalorParte 219Energia a capacidade de realizar trabalho de um corpo ou sistema.

A energia de um sistema medida em joules.

1 joule (J) = 1 Newton metro (N m)

Calor energia em movimento em um corpo ou sistema. O calor sempre flui de uma regio de maior temperatura para uma de menor temperatura.

E temperatura?19CaloriaParte 220Caloria (cal), definida como a quantidade de calor necessria para elevar a temperatura de 1 grama (g) de gua, a 1 atmosfera (atm), de 15 C at 16 C.

1 cal = 4,1855 J.

1 atm = 1013,24 mb = 1013,24 hecto Pascal (hPa)Presso atmosfrica no nvel mdio do mar.20Notao cientficaParte 221

21Sol e a TerraParte 222A Terra est cerca de 150 milhes de quilmetros (km) do Sol e, por isso, intercepta somente uma pequena frao da sua energia.

Notao cientfica

ou22RadiaoParte 223A energia se propaga atravs do espao na forma de ondas eletromagnticas.Esta forma de propagao de energia chamada de radiao. A radiao proveniente do Sol denominada de radiao solar. A radiao solar a fonte de energia responsvel pelos movimentos atmosfricos, ventos, determinando os padres de tempo meteorolgico e de clima.23Papel da radiao solarParte 224A radiao solar mantm a temperatura mdia da superfcie da Terra em torno de 15oC (59 oF).

A Terra experimenta um intervalo grande de variao de temperaturas

Antrtida 89 oC (-124 oF) em Vostok

Deserto subtropical de 50oC (122F). Recorde foi em Tripoli, Libia: 58C!

Recorde de variao em um mesmo dia: -5oC para 47oC24Graus Celsius e Fahrenheit Parte 225

Celsius em Kelvin Fahrenheit em Celsius Fonte: Meteorology Today 25Temperatura da superfcieParte 226Fonte:Abril de 2003

NASA26Temperatura mdiaParte 227

T1, T2 ...TN so os valores de temperatura nas estaes meteorolgicas espalhadas no planeta.N = nmero de estaes meteorolgicas.

27Radiao SolarParte 228A radiao solar definida como a quantidade de energia por unidade de rea e unidade de tempo, ou fluxo de energia solar.

O fluxo de energia que atinge a Terra quase constante e igual a 1366 W m-2.

Energia por unidade de tempo = joules (J) por segundo (s).

J s-1= Watts (W).

28Fluxo de EnergiaParte 229

A radiao solar definida como a quantidade de energia por unidade de rea e unidade de tempo, ou fluxo de energia solar.Unidade J.s-1.m-2 ou W.m-229Exerccio em classeQual o montante de energia que atinge a Terra em Watts por segundo, sendo o raio da Terra de ~ 6500 km.Parte 230Instante inicial t = t 0Parte 231E( t 0) = 0 Erea AEnergia31Instante final t = t 0 + tParte 232rea A EE( t 0 + t) = EEnergia32Fluxo de energiaParte 233

E = quantidade de energia t = intervalo de tempoS = Fluxo de energia33Variao Espacial do Fluxo de Energia Emitida pelo Sol Parte 234

Fonte: Meteorology Today Sol

34Fluxo de energia atravs das reas A1 e A2Parte 235

rea A1

rea A235Quantidade de energia (E) por intervalo de tempo (t)Parte 236

Atravessa a rea A1Atravessa a rea A236Dado que quantidade de energia (E) por intervalo de tempo (t) constante, ento:Parte 237

37Se a quantidade de energia (E) por intervalo de tempo (t) no varia, ento o fluxo de energia (S) diminui quando a rea aumenta.Parte 238

38Radiao solar incidente esfera que envolve o Sol Parte 239

rs = raio da esfera que envolve a superfcie do Sol. S0 = fluxo de radiao solar na superfcie do Sol. 39Princpio de conservao de energiaA quantidade de energia, por unidade tempo, emitida pelo Sol e que passa atravs da esfera que envolva o Sol igual a quantidade de energia, por unidade de tempo, que passa atravs de qualquer outra esfera que envolva o Sol.Parte 24040rea da esfera de raio rParte 241rA = 4r241Aplicao do princpio da conservao de energia Se no existe nenhum sorvedouro de energia no espao entre a Terra e o Sol, ento a quantidade total de energia (por unidade de tempo) que sai do sol atravs da sua superfcie igual a quantidade de energia (por unidade de tempo) que chega superfcie que envolve o sol e intercepta a Terra:Parte 242

42O fluxo de radiao solar diminui com o quadrado da distncia ao SolParte 243

S(r) = fluxo de radiao solar a uma distncia r do Sol43Exerccio 1Calcule o fluxo de radiao na superfcie do Sol considerando o fluxo de radiao solar na Terra igual a 1366 W m-2 e a distncia Sol-Terra igual a 150 milhes de quilmetros.Parte 24444A intensidade da radiao solar chega na TerraParte 245

Observaes:S = 1366 W m-2d = distncia Sol -Terra.r = raio da esfera com o Sol no centro e interceptando a Terra.45Quantidade de energia solar interceptada pela Terra por unidade de tempo.Parte 246

46

Taxa de variao temporal de energia solar na Terra 47Taxa de variao temporal de energia solar em qualquer planetaParte 248

rs = raio da esfera que envolve a superfcie do Sol.S0 = fluxo de radiao solar na superfcie do Sol. r = raio da esfera com o Sol no centro e interceptando a planeta.rP = raio do planeta.48

Fonte: Meteorology Today

Efeito da distncia ao Sol na temperatura mdia da superfcie do planeta49Albedo Planetrio Parte 250

Quanto maior o albedo de um planeta maior a quantidade de energia refletida e menor a temperatura mdia do planeta.50Albedo

Parte 251Fonte: Meteorology Today 51Parte 252Albedo da Terra

30% da energia solar incidente sobre a Terra refletida de volta para o espao.70% absorvida.52Energia solar absorvida pela TerraParte 253

Energia solar refletida pela Terra

53Temperatura da superfcie da Terra constante?Parte 254Observaes indicam que a temperatura mdia da superfcie da Terra tem permanecido relativamente constante ns ltimos 1000 anos.Exceo: pequena Idade do Gelo entre os sculos XV e XVIII.54Desvio de temperatura da superfcie da TerraParte 255

Mdia anualMdia 1961 a 199055Evoluo da temperatura da superfcie nos ltimos 1000 anos no Hemisfrio NorteParte 256

Fonte: IPCC56Terra est em equilbrioParte 257

A quantidade de energia solar absorvida igual a quantidade de energia emitida na forma de radiao infravermelho.Fonte: Meteorology Today 57Equilbrio RadiativoParte 258

AbsorvidoRadiao SolarT~5800KEmitidoInfravermelhoT~300K58Radiao TerrestreParte 259

RIV o fluxo de radiao infravermelha emitida pela Terra.59Igualando a radiao absorvida e emitida pela Terra Parte 260

60Estimativa da Radiao TerrestreParte 261

61Emisso de Corpo NegroParte 262Considerando Terra emitindo como um corpo negro ento o fluxo de radiao emitido pela Terra est relacionado com a temperatura da Terra atravs da seguinte expresso:

E a emisso de corpo negro da Terra (W m-2). = 5,67 x 10-8 W m-2 K-4.T a temperatura da Terra em Kelvin (+273K). Lei de Stefan-Boltzman.62Lei de Stefan-Boltzman

Parte 263Permite, tambm, estimar a temperatura equivalente de emisso de corpo negro que qualquer objeto, incluindo-se a Terra e o Sol.Permite estimar o fluxo de radiao emitido de corpo negro de qualquer objeto, incluindo-se a Terra e o Sol, a partir apenas da sua temperatura.63Emisso Solar de Corpo NegroParte 264TSOL = 5800 K

Exerccio 164Temperatura de EquilbrioParte 265

Observado65Efeito estufa causado pela atmosferaParte 266

Fonte: Meteorology Today Sem atmosferaCom atmosfera66Efeito EstufaParte 267Aumento da temperatura da Terra produzido pela reteno de energia no sistema na atmosfera.Reteno devida a presena de gases na atmosfera que permite a passagem da radiao solar e absorvem radiao infravermelho.67Aquecimento GlobalParte 268Aumento da temperatura da superfcie da Terra observada nos ltimos 80 anos.~ 0,6oCEste aumento est relacionado ao aumento na concentrao de gases causadores do efeito estufa.68Evoluo temporal da temperatura da superfcie nos ltimos 140 anosParte 269

~ 0,6oC~ 80 anosFonte: PCC69Indicadores do efeito AntropognicoParte 270

Revoluo industrialFonte: IPCC70Painel Intergovernamental sobre Mudanas ClimticasParte 271http://www.ipcc.ch/calendar.htmReconhecendo o problema da potencial mudana climtica global, a Organizao Meteorolgica Mundial (OMM) e o Programa Ambiental das Naes Unidas (UNEP) estabeleteram o Painel Intergovernamental sobre Mudanas Climticas (IPCC) 1988. aberto para todos os membros das ONU e da OMM. Relatrio 2001: Anterior.Relatrio 2007: Atual.71Indicadores antropognicosParte 272

Fonte: PCC72Nivel do marParte 273

Fonte: PCC73Exerccio 2

Calcule a temperatura de equilbrio do planeta Marte considerando:radiao solar na Terra igual a 1366 W m-2 ;distncia Sol-Terra igual a 150 milhes de quilmetros;Distncia Sol-Marte igual a 228 milhes de quilmetros;Albedo de Marte igual a 0,17.Parte 27474