Radiação Solar Refletida por Diferentes Tipos de Superfície: Simulação com o Código Radiativo SBDART AMNE SAMPAIO FREDÓ 1 e JAIDETE MONTEIRO DE SOUZA 2 1,2 Universidade do Estado do Amazonas, Escola Superior de Tecnologia. Avenida Djalma Batista, 3578, Flores Manaus Amazonas. E-mail: 1 asf.mtr@uea.edu.br, 2 jmsouza@uea.edu.br ABSTRACT This article aims to evaluate the behavior of the solar radiation reflected by the surface for different types of land cover from numerical simulations obtained by the radiative code SBDART (Santa Barbara Disort Atmospheric Radiative Transfer). Analysis for different simulations were performed assuming a standard atmosphere and tropical areas covered by forest, grass, asphalt, water and ice, based on values in literature. The results agree with literature, showing that the use of numerical tools to obtain information of this parameter is important to supply the lack of this information, in addition, results from numerical simulations can serve as input for analysis using other techniques such as for example, estimating the surface reflectivity and albedo from satellite data. Keywords: Reflected Solar Radiation, SBDART, Albedo. 1- INTRODUÇÃO A radiação solar é fonte de energia para o sistema Terra-atmosfera e desencadeia processos como flutuação de temperatura, interações atmosféricas, transporte de calor (sensível e latente). A radiação refletida pela superfície é uma das principais componentes do balanço de radiação, e consequentemente do balanço de energia à superfície. Diferentes tipos de superfície apresentam comportamentos distintos em relação à quantidade de energia enviada de volta para a atmosfera, influenciando no equilíbrio do sistema Terra-Atmosfera. Informações sobre esta variável ainda é escassa, normalmente são medidas em sítios experimentais, e por períodos determinados, o que impossibilita ter uma análise em grande escala do seu comportamento espacial e temporal; desta forma, alternativas que contribua para obter estas informações são válidas e de grande importância. Neste trabalho foram realizadas várias simulações com o código radiativo SBDART, utilizando o perfil atmosférico padrão de uma atmosfera Tropical desenvolvido por McClatchey et al. (1972), e diferentes tipos de albedos, para avaliarmos o comportamento da radiação solar refletida pela superfície. As atmosferas padrão descritas por McClatchey et al. (1972) representam perfis verticais (altura, pressão, temperatura e concentrações de vapor d água e de ozônio) que são aceitos como típicos de cinco diferentes atmosferas: Tropical, Sub-Ártica de Verão e Inverno, Latitude Média de Verão e de Inverno. As atmosferas padrão não incluem flutuações das condições reais da atmosfera, no entanto, elas permitem que diferentes cálculos de transferência radiativa sejam analisados sob as mesmas condições termodinâmicas, facilitando assim as comparações. Alguns estudos evidenciam que mudança no uso de cobertura do solo poderá afetar a temperatura local e consequentemente o clima local. Segundo Dias (2006), o desflorestamento da região Amazônia (Floresta) causaria impacto como: aumento do escoamento superficial, redução da evapotranspiração, aumento da temperatura do solo e do ar, entre outros, podendo influenciar não só no clima local, mas também o clima de outras regiões.
Desta forma avaliando o comportamento da radiação solar refletida pela superfície em diferentes condições de cobertura do solo nos proporciona conhecimento sobre as possíveis mudanças no clima local devido à mudança no uso do solo. 2- MATERIAL E MÉTODOS O código radiativo SBDART dispõe de recursos que permite realizar simulações dos parâmetros radiativos (radiação de onda curta e radiação de onda longa) ascendente e descendente à superfície, no topo da atmosfera e em camadas intermediária, a partir de diferentes condições de superfície e perfil atmosférico. Neste trabalho realizamos simulações para um perfil atmosférico tropical e diferentes tipos de albedo (floresta, grama, asfalto urbano, gelo e água); consideramos para cálculo da radiação solar o ângulo zenital de 0. Os parâmetros de saída analisado foram à radiação solar incidente à superfície ( Botton Down ) e a radiação solar refletida pela superfície ( Bottom Up ), em função da hora, para diferentes tipos de superfície. A radiação solar refletida pela superfície é determinada por: onde α representa o albedo da superfície. BottomUp * BottomDown 3- RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1 mostra a simulação realizada com o código radiativo SBDART para uma atmosfera tropical e albedo típico de uma superfície coberta por grama. Como esperado o pico máximo de radiação refletida ocorre no período de máxima radiação solar. Para uma superfície com grama a radiação refletida pela superfície apresenta valor máximo de aproximadamente de 320 W/m 2. Figura 1. Variação diária da radiação solar refletida por uma superfície coberta por grama. Comparando a radiação refletida por uma superfície com grama e uma área de floresta, mostrada na Figura 2, observamos que a superfície com grama apresentou valores
máximos de aproximadamente 320 W/m², enquanto a área de floresta apresentou valores de aproximadamente 100 W/m², este resultado é evidente já que o albedo de uma superfície com grama é maior quando comparado a uma área de floresta. Figura 2. Variação da Radiação solar refletida por uma superfície coberta por grama e uma área de floresta. A Figura 3 mostra a radiação solar refletida pela superfície para diferentes tipos albedo; este comportamento nos mostra como o tipo de cobertura do solo interage com a radiação solar incidente, reenviando para atmosfera quantidades maiores ou menores de radiação, dependendo do tipo de superfície. Observa-se que os maiores valores de radiação solar refletida estão associados a maiores valores do albedo, por exemplo, o gelo. Figura 3. Variação da Radiação Solar Refletida por diferentes tipos de superfície: floresta, grama, asfalto, gelo e água. A Figura 4 mostra a comparação entre radiação solar incidente (Rad-In) e a radiação solar refletida para diferentes albedos. Observamos que a radiação solar incidente à superfície
apresenta intensidade aproximadamente 1000 W/m 2, enquanto a radiação solar refletida pela superfície com grama não ultrapassa 350 W/m 2. Este resultado concorda com a literatura que indica que a componente da radiação solar incidente é a principal componente do balanço de radiação devido a sua magnitude. A diferença entre estas duas componentes (radiação solar e refletida) é maior dependendo do tipo de cobertura da superfície, por exemplo, a água apresenta baixa refletividade, ou seja, praticamente toda a radiação incidente sobre esta é absorvida pela mesma; enquanto o gelo praticamente reflete toda a radiação incidente sobre o mesmo, valores aproximadamente de 700 W/m 2. Figura 4. Variação da Radiação Solar Incidente à Superfície (Rad -In) e a Radiação Solar Refletida por diferentes tipos de superfície: floresta, grama, asfalto, gelo e água. 4- CONCLUSÕES Simulações teóricas utilizando o código radiativo SBDART nos permitem avaliar o comportamento da radiação solar refletida pela superfície para diferentes tipos de cobertura do solo, ou seja, diferentes albedos. Informações sobre o albedo, que é uma das componentes do balanço de energia, podem auxiliar no entendimento da troca de energia do sistema Terra-atmosfera, e também em estudos sobre a variação da radiação solar refletida e consequentemente o balanço de radiação à superfície, em decorrência da mudança da cobertura do solo. É recomendável realizar comparações com dados medidos em superfície, bem como utilizar perfis atmosféricos reais, ao invés de utilizarmos um perfil atmosférico padrão, de modo que as simulações apresentem maior confiabilidade. Por fim, simulações numéricas nos permitem criar diferentes cenários de maneira que possamos avaliar as mudanças nas componentes radiativas e consequentemente sua influência no aumento ou diminuição da temperatura da superfície, taxa de evapotranspiração, entre outros. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à FAPEAM pela concessão de bolsa na modalidade de Iniciação Científica, que permitiu a pesquisa; e à Universidade do Estado do Amazonas, pela infra-estrutura e formação acadêmica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS FISCH, G.; MARENGO, J. e NOBRE, C. A. 1998. Uma revisão geral do clima da Amazônia. Acta Amazônica, v28, n2, p 101-126. GALVANI, E.; ANDRADE, S. C.; CIUCCIO, M. R.; CHIARLE, G. M. Avaliação da radiação solar global e refletida e do albedo sobre areia em Santos, SP Modelos de estimativa, Revista Científica Unimonte, Santos-SP, v. 2, n. 1, 2002. McCLATCHEY, R. A.; FENN, R. W.; SELBY, J. E. A.; VOLZ, F. E.; GARING, J. S. Opitical Properties of the Atmosphere. AFCRL Environmental Research Papers, n. 411, 108p., 1972 MOURA, M. A. L.,; LYRA, R. F. da F.; BENINCASA, M.; SOUZA, J. L. de S.; FILHO, M. F. do N. Variação do albedo em áreas de floresta e pastagem na Amazônia. Revista Brasileira de Agrometeorologia, Santa Maria, v. 7, n. 2, p. 163-168, 1999. QUERINO, C. A. S.; MOURA, M. A. L.; LYRA, R. F. da F.; MARIANO, G. L. Avaliação e comparação de radiação solar global e albedo com ângulo zênital na região Amazônica. Revista Brasileira de Meteorologia, Brasil, v. 21, n. 3ª, p. 42-49, 2006. RICCHIAZZI, P.; YANG, S.; GAUTIER, C.; SOWLE, D. SBDART: A research and teaching software tool for plane-parallel radiative transfer in the earth s atmosphere. Bulletin of the American Meteorological Society, California, v. 79, n. 10, p. 2101 2114, Outubro 1998 VAREJÃO SILVA, M. A. Meteorologia e Climatologia. Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Brasília, 2000. VIANELLO, R. L.; ALVES, A. R.. Meteorologia Básica e Aplicações. Universidade Federal de Viçosa, Imprensa Universitária, 1991.