RADIAÇÃO SOLAR E TERRESTRE. Capítulo 3 Meteorologia Básica e Aplicações (Vianello e Alves)

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1 RADIAÇÃO SOLAR E TERRESTRE Capítulo 3 Meteorologia Básica e Aplicações (Vianello e Alves)

2 INTRODUÇÃO A Radiação Solar é a maior fonte de energia para a Terra, sendo o principal elemento meteorológico, que desencadeia todo o processo meteorológico afetando todos os outros elementos (Temperatura, pressão, vento, chuva, umidade, etc) A Energia Solar é a fonte primaria de energia para todos os processos terrestres, desde a fotossintese até o desenvolvimento de Furacões, tempestades, circulação geral da atmosfera e oceanos.

3 INTRODUÇÃO Energia Radiante do Sol é fundamental em estudos ecológicos e de disponibilidade de energética, pois a maior parte da energia disponível tem origem na radiação solar. A luz solar percorre cerca de Km, a uma velocidade de Km/s e ela gasta 8,3min nessa trajetória. Veremos algumas relações importantes para a quantificação da radiação solar.

4 RELAÇÕES ASTRONÔMICAS ENTRE SOL E A TERRA DISTÂNCIA DA TERRA SOL É VARIÁVEL Dmin = 147,1 x 10 6 Km (periélio) Dmáx = 152,1 x 10 6 Km (afélio) Dmed = 149,6 x 10 6 Km (1 Unidade astronômica 1UA) = D Fator de correção da excentricidade da terra razão ao quadrado da distancia média e a distancia atual Equação de Duffie and Beckman: ( D/ D) ,033cos (360 nj / 365)

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6 Hemisfério Norte Iqbal, M. An Introcuction to Solar Radiation. Academic Press

7 Fator de correção da excentricidade da terra ( / D) D 2 razão ao quadrado da distancia média e a distancia atual terra (D)- sol ( D) Equação de Duffie and Beckman: ( D/ D) ,033cos (360 nj / 365)

8 Eq. de Spencer ( D/ D) 2 1, ,034221cos X + 0, sen X + 0, cos 2X + 0, sen 2X X 360.(nj-1) / 365

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10 COSMOGRAFIA E SISTEMAS DE COORDENADAS CELESTES O GLOBO TERRESTRE: FORMA GEÓIDE, RAIO MÉDIO = Km TERRA 2 MOVIMENTOS IMPORTANTES ROTAÇÃO DIAS E NOITES (PERÍODO 24 h) TRANSLAÇÃO 4 ESTAÇÕES (365 dias 6 h)

11 AS QUATRO ESTAÇÕES DO ANO

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14 COORDENADAS GEOGRÁFICAS LATITUDE (F) - ângulo formado entre o Plano de Equador Terrestre e o segmento de reta que liga o centro da terra ao ponto em questão 0 a 90 +HN (Hemisfério Norte), -HS (Hemisfério Sul) LONGITUDE ângulo formado pelo meridiano local e o meridiano de Greenwich (varia de 0 a leste ou oeste) associado com os meridianos terrestres referência meridiano de Greenwich

15 ALTITUDE desnível em relação ao nível do Mar BRASIL F varia de 5 N a 34 S e longitude de 35 W Grw a 75 Grw

16 COORDENADAS CELESTES Com a finalidade de se estudar o movimento dos corpos celestes definiu-se os sistemas de coordenadas celestes ESFERA CELESTE Para simplificar o estudo admite-se que os astros estão dispostos sobre uma superfície esférica, denominada esfera celeste

17 PN pólo norte PS pólo sul PNC pólo norte celeste PSC pólo sul celeste PEC Plano do equador celeste TUBELIS, A.; NASCIMENTO, F.J.F. Meteorologia descritiva: fundamentos e aplicações brasileiras. São Paulo: Nobel, 1980.

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19 Ascensão reta (a ou AR): ângulo medido sobre o PEC, com origem no meridiano que passa pelo ponto Áries (ou ponto vernal, g), e extremidade no meridiano do astro. A ascensão reta varia entre 0h e 24h (ou entre 0º e 360º) aumentando para leste. O Ponto Áries, também chamado Ponto Gama (g), ou Ponto Vernal, é o ponto do plano do Equador Celeste, ocupado pelo Sol no equinócio de primavera do hemisfério norte (mais ou menos em 22 de março de cada ano). 0 h a 24 h ou 0º a 360º

20 Declinação do astro ( ): ângulo que o raio vetor do astro faz com a sua projeção no PEC (Plano do Equador Celeste). A declinação varia entre 90º e +90º. Para o sol: -23,45 +23,45º Valores precisos são publicados no anuário astronômico. Para fins agronômicos pode ser estimada pela equação de Cooper (1969): ,45 sen ( nj) nj = dia juliano ou dia do ano (varia de 1 a 365, ou de 1 a 366).

21 FIGURA 48 Movimento Anual Aparente do Sol na Direção Norte-Sul, Associado à Variação de sua Declinação, Devida à Obliquidade do eixo em Relação ao Plano da Eclíptica (Varejão- Silva, M.A. Ceballos, J.C Citado por Vianello e Alves, 2000)

22 Ângulo horário (h): É o ângulo medido sobre o equador, com origem no meridiano local e extremidade no meridiano do astro (ângulo entre o meridiano local e o meridiano que contem o astro). Varia entre -12h e +12h (positivo à tarde e negativo de manhã). O sinal negativo indica que o astro está a leste do meridiano, e o sinal positivo indica que ele está a oeste do meridiano. h = (Hora Solar Verdadeira 12). 15 Note que o valor 12 na expressão acima representa o meio dia solar, ou seja o instante em que o Sol passa sobre o meridiano local. A hora solar verdadeira é também denominada na literatura como hora solar aparente.

23 O Sistema Horizontal Local de Coordenadas Celestes Esse sistema utiliza como plano fundamental o Horizonte celeste. As coordenadas horizontais são azimute e a elevação. Sistema Horizontal Local de Coordenadas Celestes a = azimute; e = elevação solar; PHL = Plano do Horizonte Local

24 O Sistema Horizontal Local de Coordenadas Celestes Esse sistema utiliza como plano fundamental o Horizonte celeste. As coordenadas horizontais são azimute e a elevação. Azimute (A): é o ângulo medido no plano do horizonte local (PHL) a partir do rebatimento do astro com a linha NS, com origem no Sul. O azimute varia entre 0º e 180º. É negativo pela manhã e positivo à tarde. Elevação (e) ou altura do astro: é o ângulo medido sobre o círculo vertical do astro, com origem no horizonte e extremidade no astro. A altura varia entre -90 e +90. O complemento da elevação se chama ângulo zenital (z). Assim, a distância zenital é o ângulo medido sobre o círculo vertical do astro, com origem no zênite e extremidade no astro. O ângulo zenital varia entre 0 e 180. e + Z =90

25 Sistema Horizontal Local de Coordenadas Celestes a = azimute; e = elevação solar; PHL = Plano do Horizonte Local

26 O TRIÂNGULO ASTRONÔMICO Triangulo imaginário localizado na esfera celeste que é utilizado para equacionar as relações entre os ângulos: zenital (z), azimutal (a), horário (h) e declinação solar ( )

27 Observação importante a primeira equação fornece o sinal do ângulo e a segunda o modulo do ângulo. Z = ângulo zenital = latitude do local 0 a 90 (+HN e HS) h = ângulo horário h = (HORA 12 ). 15 cos Z = sen. sen + cos. cos. cos h

28 OBSERVAÇÕES IMPORTANTES 1 - Ao meio dia solar (h = 0 ), tem-se: cos Z = sen. sen + cos. cos. 1 cos Z = cos ( ) Considerando-se a convenção de sinais adotada anteriormente, obtem-se Z = isto significa que quando o sol passa pelo zênite de uma localidade ( Z = 0 ) situada em uma determinada latitude quando

29 2 Os ângulos horários correspondentes ao nascer (-H) e ao pôr do sol (+H), respectivamente, serão determinados fazendo Z = 90 0 = sen. sen + cos. cos. cos h cos H = - tg. tg 3 A duração astronômica do dia (comprimento do dia, ou fotoperíodo), N, pode ser determinada por: N 2H 15 N em horas e H em graus

30 Cálculo do comprimento da sombra

31 Exemplo: Calcule para o dia 1 de outubro em Diamantina MG (Lat = S, Long = W e Alt = 1296 m): a) A declinação solar (δ), o fator de excentricidade da órbita 2 terrestre ( D / D), o ângulo horário do nascer e do por do sol (H), o comprimento do dia (N) fotoperíodo ou duração astronomia do dia e os horários de nascer e por do sol. b) Considerando o horário de 15horas deste dia calcule o ângulo zenital (Z), a elevação solar (e) e o azimute do sol (a), para referido dia, no referido horário. Calcule também, para este mesmo dia e horário, o comprimento da sombra de um poste de 10 m de altura. c) Calcule para o referido dia a Radiação no topo da atmosfera (Ro) aula que vem...até LÁ d) Compare com os valores tabelados (Vianello e Alves, 2000)

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42 TRABALHO 3 ENTREGA ATE PARA DA DATA DO SEU ANIVERSÁRIO

43 Bibliografia IQBAL, M. An Introduction to Solar Radiation. Academic Press, New York, 390p PEREIRA, A.R.; ANGELOCCI, L.R.; SENTELHAS, P.C. Agrometeorologia: fundamentos e aplicações práticas. Guaiba: Agropécuária, p. (Capítulo 5) VAREJÃO-SILVA, M.A. Meteorologia e Climatologia. Versão Digital. Brasília: Inmet, p. CAPITULO I (p.7) e V (p.194) VIANELLO, R.L., ALVES, A.R. Meteorologia básica e aplicações. Viçosa: UFV, p. Wikipédia, a enciclopédia livre. Acesso em 15 de novembro de 2011.

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