Radiação solar

1. Radiação solar • Na periferia do astro Sol, a temperatura está ao redor de 5.800 K • Características do Corpo Negro • Emite radiação com frequências de zero ao infinito, de forma contínua. • Emite radiação em função da sua temperatura • Absorve toda radiação incidente mas não reflete nenhuma (perfeito absorvedor) • Se a temperatura for muito baixa, o corpo negro não emite luz então aparece como negro

2. Radiaçao solar incidente • Radiaçao solar fora da atmosfera terrestre • O Sol comporta-se como um Corpo Negro. O fluxo radiante na sua superficie é ~ 63,4x106 W.m-2 • Entretanto, o fluxo solar recebido pela Terra é ~1373 W.m-2. • Esse fluxo radiante no topo da atmosfera é chamado de Constante Solar

3. A radiação do Corpo Negro • As características de emissão termal de um corpo a temperatura T (degK) segue a equação de radiação do Planck: • Onde: • Mλ e a emitância espectral (Wm-2μm-1) • λ é o comprimento de onda em metros • C1 e C2 são duas constantes:C1= 3,74*10-16 Wm2 e C2= 1,44*10-2 m degK • A integração de Mλ sobre todos comprimentos de onda determina a emitância total de um corpo negro: • Onde σ = 5,669*10-8 W m-2 K-4 (constante do Stefan-Boltzmann) • O λ de emissão máximo é determinado para a lei do Wien: onde C3=2897 μm.K

4. A radiação do Corpo Negro • Espectro de emissão de um corpo negro. • 6000K = temperatura do sol • 300K = temperatura da terra • O  de emissão máximo diminui enquanto a temperatura aumenta • Portanto • Na faixa de comprimentos de onda de 0,1μm até 100μm, a • REM é emitida pelo SOL • Na faixa de comprimentos de onda de 3μm até 40μm, a REM é emitida pela TERRA

5. Radiação solar • Carateristica da radiação solar • Aumenta rapidamente dos comprimentos de onda curta • Até o máximo de max500 nm • Diminui devagar nos maiores comprimentos de onda

6. Atenuação, absorção e espalhamento • Quando a radiação eletromagnética se propaga sua intensidade pode diminuir no espaço • Essa diminuição está associada à definicão de “atenuação “ • O coeficiente de atenuação divide-de em dois componentes: absorção e espalhamento. • Definimos então os • coeficiente de absorção a(λ) • coeficiente de espalhamento b(λ) • onde o coeficiente da atenuação vale • c(λ) = a(λ) +b(λ) r

7. Transmissão da radiação solar através da atmosfera terrestre • Características da transmissão da atmosfera • Anualmente: • 34% da radiaçao solar incidente é refletida pela atmosfera para o espaco sideral • 25% por nuvens • 9% por constituentes da atmosfera • 19% da radiação solar é absorvida pela atmosfera • 10% por nuvens • 9% por outros constituintes • 47% do fluxo solar no topo da atmosfera chega na superficie da Terra

8. Transmissão da radiação solar através a atmosfera terrestre • Mesmo com um céu claro, a radiaçao solar é reduzida de maneira significativa através da atmosfera • Essa reduçao é devida • ao espalhamento por moléculas de ar e partículas atmosféricas (poeira) • à absorção por vapor de água, oxigênio, ozonio e dióxido de carbono da atmosfera • Com o sol na vertical de uma superficie horizontal, a irradiância solar que vem do topo da atmosfera é reduzida quando chega na superficie da Terra, ao redor de: • 14% com ar limpo e seco • 40% com ar úmido e empoeirado • A proporção do fluxo solar que é reduzida pela atmosfera muda com a elevação solar pois o caminho a ser percorrido muda.

9. Transmissão da radiação solar através da atmosfera terrestre • Efeito das nuvens • Além dos efeitos dos gases e das partículas da atmosfera, as nuvens, dependendo do tipo e da sua extensao, vai mudar bastante a intensidade da radiaçao solar na superficie da Terra • Existe uma grande diversidade de nuvens, sendo que seus efeitos são diferenciados • Até 90% da radiação solar pode ser absorvida ou retroespalhada dependendo do tipo de nuvem • outros • Variação diurna • Latitude • Dia do ano

10. Transmissão da radiação solar através da atmosfera terrestre • Distribuição espectral da irradiância solar na superficie da Terra • Os processos de absorção e espalhamento na atmosfera não somente diminui a intensidade da radiacão solar mas também muda a distribuição espectral da radiação solar • UV (200-400nm) espalhamento + absorption do ozonio • Luz visível (400-700nm) espalhamento +absorção do ozonio, oxigênio e vapor de água no vermelho • Infra vermelho=> pouco espalhamento mas importantes faixas de absorção do vapor da água • A proporção de PAR na superfície da Terra chega a 45% da radiação solar (em ar limpo)

11. Transmitância da atmosfera • A atmosfera absorve a maioria das radiações de comprimentos de onda < 0.4μm e > 1μm. • Há faixas do espectro da EEM em que a atmosfera não absorve a radiação: janelas espectrais • A atmosfera é bastante transparente na faixa do visível da EEM

12. Absorção da Radiação Solar

13. VIIRS, MODIS, FY-1C, AVHRR CO2 O2 O3 H2O O2 H2O H2O H2O O2 H2O H2O CO2 Transmitância da Atmosfera(400 – 2500 nm)

14. Transmissão da radiação solar através a atmosfera terrestre Efeito do Espalhamento Mie • A atmosfera terrestre sempre possui poeira • a quantidade de poeira muda muito em função do lugar e do dia do ano • a poeira é constituída por material que possui dimensões maiores que os comprimentos de onda da radiação solar => Espalhamento Mie • o espalhamento Rayleigh e Mie atuam juntos, resultando numa maior energia retroespalhada para o espaço sideral, logo em direção do sensor a bordo do satélite.

15. Tempestade de areia no noroeste da África (2/03/2003)

16. Poluição no Noroeste dos USA (14/08/02)

17. Radiação Emitida pela Terra

18. Radiação Emitida pela Terra(4000 – 18000 nm ou 4 – 18 µm) O3 CO2 H20 CO2

19. MODIS Bandas espectrais do MODIS na faixa do Infra-Vermelho

20. TSM e as bandas do MODIS

22. Transmissao a traves a interface ocean/atmosfera • O estado do mar tem pouco efeito na reflectancia da interface para angulo zenitais baixo (ate 50deg) • O efeito e muito importante para angulo zenitais alto

23. Transmissao a traves a interface ocean/atmosfera • Apos chegar na superficie do oceano, as caracteristicas da radiaçao electromagnetica vao mudar ao atravessar a interface oceano/atmosfera • A proporcao de luz refletida para um mar calmo muda de 2% ate 100% dependendo do angulo do sol • A dependencia da refletencia com o angulo zenital de um feixe de luz segue a Equacao do Fresnel • O angulo w depende de a, e segue a equaçao do Snell

24. Radiação solar • O espectro de emissão teórico do corpo negro apresenta diferenças com o espectro de emissãoo real assima da atmosfera • Devido ao espectre de absorcao do hydrogenio na atmosfera solar • A radiaçao disponivel para photosintese 400-700nm (Photosynthetic Available Radiacao – PAR) representa 38% da irradiancia solar extraterrestria

25. Estimativa de Lw de um pixel nas proximidades do Hawaii • Lw = radiância ascendente que deixa a superfície do mar

26. Função de Espalhamento Volumétrica - VSF • O espalhamento muda a direção de propagação de um feixe de luz . A função de distribuição espacial do espalhamento é chamada de função de espalhamento volumétrico (Volume Scattering Function - VSF) β(θ,λ) (m-1sr-1) • Onde: • E é a irradiância espectral (W.m-2) • I(λ,θ) é a intensidade radiante (W.sr-1) • O β(θ,λ) é um parâmetro tecnicamente muito difícil para medir • Geralmente utilizamos modelos matemáticos para calculá-lo

27. Atenuação,absorção e espalhamento • Existe dois modelos para descrever o β(θ,λ) • Espalhamento Rayleigh (D<<λ), Rayleigh espalhamento e quase isotrópico i.e. quase igual nas três direção do espaço • Espalhamento Mie (D>>λ), Com o espalhamento Mie, o raio de luz é desviado principalmente formando um pequeno ângulo em relação a sua trajetória inicial. Modelos extremamente complexos

28. Radiação Solar - Oceano