Radiação Solar parte 2

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1 Universidade de São Paulo Departamento de Geografia Disciplina: Bioclimatologia Radiação Solar parte 2 Prof. Dr. Emerson Galvani Laboratório rio de Climatologia e Biogeografia LCB

2 Unidades de Irradiância Solar Valores instantâneos SI CGS W/m 2 = J/m 2 s cal/cm 2 min 1 cal = 4,18 J ou 1 J = 0,239 cal 1 cal/cm 2 min = 696,67 W/m 2 Valores diários SI CGS MJ/m 2 dia cal/cm 2 dia 1 MJ/m 2 dia = 23,923 cal/cm 2 dia ou 1 cal/cm 2 dia = 0,0418 MJ/m 2 dia

3 À razão entre a irradiância solar global e a extraterrestre denomina-se Transmitância Global (Tg), ou seja, representa a proporção da radiação solar determinada no limite extremo da atmosfera que efetivamente atinge a superfície terrestre. Como ao longo do dia a espessura da atmosfera varia em função do ângulo zenital, Tg também varia: Tg menor ao nascer e pôr do sol Tg maior ao meio dia A nebulosidade tem papel fundamental na transmitância da atmosfera: Maior Nebulosidade (menor insolação) menor Tg Menor Nebulosidade (maior insolação) maior Tg 0,7 < Tg < 0,8 0,2 < Tg < 0,3 Tg médio = 0,50 Qg = 0,50 Qo

4 Irradiância Solar na Superfície Terrestre após os efeitos atenuantes da Atmosfera Os processos de absorção e difusão da radiação solar pela atmosfera promovem atenuação da irradiância solar que atinge a superfície terrestre (denominada de global) em relação aos valores observados no topo da atmosfera. Ondas Curtas Ondas Longas

5 Uma outra forma de entendermos melhor a relação entre Rglo, Qo, nebulosidade e os processos de absorção e difusão exercidos pela atmosfera é relacionando as seguintes variáveis em termos diários: Qo = irradiância solar extraterrestre diária = f (latitude e declinação solar) Rglo = irradiância solar global diária = f (Qo, absorção, difusão, insolação) n = insolação ou número efetivo de horas de brilho solar = f (N e nebulosidade) N = fotoperíodo = f (latitude e declinação solar) Qg/Qo Máx. Y = Qg/Qo X = n/n a = Min. b = Máx. Min. Qg/Qo = a + b n/n Min. Y = a + b.x Qg = Qo * (a + b n/n) 0 1 n/n

6 Indicam a latitude e época do ano Rglo Qg = Qo * (a + b n/n) Reflete o grau de cobertura do céu por nuvens Refletem os fatores que afetam os processos de absorção e difusão Os valores de a e b variam de acordo com a localidade, sendo ambos dependentes da composição atmosférica de cada local e em cada época do ano. Locais ou épocas com maior umidade no ar terão valores menores de a e b. Um exemplo disso é observado nos valores de a e b para Piracicaba: Prim/Verão a = 0,25 e b = 0,50 Out/Inverno a = 0,28 e b = 0,51

7 Coeficientes a e b da equação de Angstron para diversas localidades do Brasil.

8 Utilizando esses coeficientes, podemos ver como a Tg (Qg/Qo) da atmosfera varia com a época do ano e também qual o efeito da nebulosidade ou insolação na Tg: Época do ano n = N PV Tg = 0,25 + 0,50*1 = 0,75 OI Tg = 0,28 + 0,51*1 = 0,79 Época do ano n = 0 PV Tg = 0,25 + 0,50*0 = 0,25 OI Tg = 0,28 + 0,51*0 = 0,28

9 r é denominado de albedo ou coeficiente de reflexão da superfície. O valor do albedo varia com as características ópticas da superfície; água (r = 5%) e florestas (r = 10 a 15%) tem um albedo baixo, enquanto que as culturas tem albedo mais elevado (r 20%). Neve e areia tem os maiores albedos (entre 40 e 90%) - veja na figura as áreas de desertos e as geleiras. Balanço de ondas curtas SRoc = Rglo Rref SRoc =Rglo(1-albedo) Balanço de ondas longas SRol = Eatm - Esup Saldo de radiação SR = SRoc + SRol Albedo global

10 Exemplo de aplicação SRoc=18,29 MJ/m2 (energia absorvida pela superfície) Considere o dia 15 de dezembro em nossa latitude (22º33 S): N = 13,4 horas (Fotoperído tabelado) Qo = 42,72 MJ/m2 n = 8,2 horas (medido no heliógrafo) a = 0,25 e b = 0,50 Superfície de grama (albedo = 23% ou 0,23) Rglo=Qo[a+b(n/N)] Rglo=42,72 [0,25+0,50 (8,2/13,4)] Rglo=23,75 MJ/m2 (energia que chegou em superfície) SRoc=Rglo(1-Albedo) SRoc=23,75(1-0,23)

11 Coeficiente de reflexão (Albedo) para diferentes superfícies

12 A partição do saldo de radiação (SR) O saldo de radiação é repartido em diferentes processos: - Físicos: aquecimento do ar (H) e do solo (G) e evaporação (LE) - Bio-Físico: transpiração (LE) - Bio-Químico: fotossíntese (F) SR = H + G + LE + F Balanço de Energia Considerando-se que o aproveitamento energético na fotossíntese é menor que 3% de Rn e que a evaporação e a transpiração (evapotranspiração) ocorrem simultâneamente e são indistingüiveis, a equação acima pode ser aproximada para: Rn = H + G + LE Ou seja, o saldo de radiação é repartido entre os três principais processos: aquecimento do ar, aquecimento do solo e evapotranspiração. A proporção entre esses três processos irá depender a disponibilidade hídrica da

13 Superfície úmida - dia Superfície úmida - noite Rn Particão do Saldo de Radiação Rn Superfície seca - dia Normalmente, quando a superfície está úmida LE predomina, consumindo cerca de 70 a 80% de Rn Rn Sob condição de superfície seca, o processo de aquecimento do ar predomina

14 Espectro eletromagnético tico

15 Espectro da Radiação Solar Destaque para o Vísivel Namômetros

16 Espectro da Radiação Solar 1 m = 10-3 milímetro metro-mmmm (0,001m) 1 m = 10-6 micrômetro-μm m (0,000001m) 1 m = 10-9 namômetro-ηm m (0, m) 1 m = picômetro-ρm m (0, m)

17 Espectro da Radiação Solar A maior parte da energia radiante do sol está concentrada nas partes visível vel e próximo do visível vel do espectro. A luz visível vel corresponde a ~43% do total irradiado, 49% estão no infravermelho próximo e 7% no ultravioleta.

18 Efeitos específicos causados por determinadas faixas do espectro Região Espectral 1000 nm Onda longa nm nm (vermelho) nm (verde, amarelo, laranja) Caráter de Absorção absorvidas sob forma de calor. Absorvido sob a forma de calor em pequena quantidade. fortemente absorvida pela clorofila. pequena quantidade Efeito Fisiológico não causam danos e não apresentam efeitos específicos nos processos bioquímicos e fotoquímicos. Crescimento das plantas (fotoperiodismo,, germinação de sementes, controle de floração e coloração de frutos). forte atividade fotossintética tica e fotoperiódica dica. baixo efeito fotossintético tico e fraca ação a sobre a formação da planta.

19 Efeitos específicos causados por determinadas faixas do espectro Região Espectral Caráter de Absorção Efeito Fisiológico nm (azul) fortemente absorvida pela clorofila e carotenóides (UV) fracamente absorvida pela clorofila e protoplasma nm < 280 nm absorvida pelo protoplasma. absorvida pelo protoplasma. forte atividade fotossintética tica e vigorosa ação a na formação da planta efeito sobre a fotossíntese, exerce efeitos de formação; as plantas tornam-se mais baixas e as folhas mais grossas grande efeito morfogenético e sobre os processos fisiológicos (é prejudicial à maioria das plantas). mata rapidamente as plantas. Fonte: COMISSÃO HOLANDESA DE IRRADIAÇÃO VEGETAL 1953 (Mota, 1989).

20 Efeitos específicos causados por determinadas faixas do espectro

21 Fotossíntese Radiação fotossinteticamente ativa - RFA CO 2 + H 2 O + Energia luminosa (PAR) => [CH 2 O] + O 2

22 ESTÔMATOS São aberturas (poros estomáticos) ticos) na epiderme, responsáveis pelas trocas gasosas e pela transpirat ranspiração. * folhas de pepino = estômatos por cm 2 * Gramíneas = por cm 2.

23 Radiação Solar (PAR) * Materia Seca Galvani, 2001

24 Fonte:Pereira et al. 2002

25 Milho Fonte:Pereira et al. 2002

26 Milho Fonte:Pereira et al. 2002

27 Exercício 02: