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Energia na Atmosfera e nos Oceanos. ACA 0430 - Meteorologia Sinótica e Aplicações à Oceanografia DCA/IAG/USP. Energia solar. Aquecimento diferencial do Planeta. Evaporação/Precipitação. Rotação da Terra. Variações de salinidade.
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Energia na Atmosfera e nos Oceanos ACA 0430 - Meteorologia Sinótica e Aplicações à Oceanografia DCA/IAG/USP
Energia solar Aquecimento diferencial do Planeta Evaporação/Precipitação Rotação da Terra Variações de salinidade Ventos – Circulação Amosférica: Energia transferida para o oceano através do acoplamento por atrito. Fluxos de calor através da interface ar-mar Efeito da Força de Coriolis Variações no campo de temperatura da água do mar Deflexão dos movimentos Circulação Termohalina Porque a atmosfera e o oceano se movemcontinuamente???
Radiação transporte de energia através de ondas eletromagnéticas a quantidade de energia transportada por uma onda eletromagnética é inversamente proporcional ao comprimento de onda (l)
Fótons pacotes de energia das ondas eletromagnéticas, que a transportam no processo de radiação quantidade de energia associada a um fóton: onde h é a constante de Planck igual a 6,626 x 10-34 J s e n é a frequênciade oscilação da onda eletromagnética.
Espectro de Energia Como a onda eletromagnética se propaga com a velocidade constante e igual a da luz (c), então a freqüência (n) e o comprimento de onda (l) dessas ondas obedecem à seguinte relação: A distribuição de energia de uma onda eletromagnética em função do comprimento de onda (ou freqüência) é denominada espectro de energia.
Espectro de Radiação Fonte: Meteorology Today
Radiação Solar Fonte: Meteorology Today
Espectro de radiação solar O espectro de energia emitido pelo Sol indica uma emissão contínua em um intervalo de comprimentos de onda que vai de 0,1 mm até 1 mm. Cerca de 44 % da energia do Sol encontra-se na região de espectro denominada de região do visível compreendida entre os comprimentos de onda que vão de 0,4 mm a 0,7 mm.
Radiação Terrestre O espectro de energia emitido pela Terra indica uma emissão contínua entre 1 mm e 100 mm. Assim, não existe sobreposição entre os espectros de energia emitidos pelo Sol e pela Terra, de tal forma que a radiação proveniente da Terra é tratada de forma totalmente independente da radiação proveniente do Sol e, conseqüentemente, denominada de radiação terrestre ou radiação de onda longa.
Radiação Infravermelha A radiação terrestre também é chamada de radiação infravermelha devido á posição que ocupa no espectro de radiação eletromagnética.
Radiação solar e terrestre Fonte: Meteorology Today
Corpo negro Corpo negro é o nome dado ao corpo que emite o máximo possível de radiação em todos os comprimentos de onda. Utilizando essa definição, a Lei de Stefan-Boltzmannindica que a quantidade de energia emitida por um corpo negro é função da temperatura do corpo.
Lei de Stefan-Boltzmann onde E é o fluxo de radiação em W/m2, s é a constante de Stefan-Boltzmann (s = 5,67x10-8W/m2K4) e T é a temperatura em Kelvin. Tanto o Sol quanto a Terra emitem como um corpo negro a temperaturas de 6000 K e 288 K.
Absorção e Emissão No processo de absorção de radiação pelas moléculas de um gás, a energia absorvida é utilizada para modificar a configuração eletrônica do átomo do gás, fazendo com que um elétron mude de um orbital para outro mais energético. A quantidade de energia envolvida neste processo é discreta e depende somente da natureza do átomo. No processo de emissão de energia de um gás, a energia emitida é igual a energia empregada na transição eletrônica.
Absorção e emissão de radiação Fonte: Meteorology Today
Radiação solar e atmosfera Os gases atmosféricos absorvem radiação solar e terrestre e emitem radiação de onda longa. Fonte: Meteorology Today
Radiação (solar e infravermelha) R α T4 maxα T-1
Balanço de radiação na superfície Valores positivos representam energia se movendo PARA a superfície; valores negativos representa energia saindo da SUPERFÍCIE Net short-wave radiation = short-wave down - short-wave up Net long-wave radiation = long-wave down - long-wave up. Net radiation = net short-wave radiation + net long-wave radiation.
Balanço global de energia http://celebrate.ls.no/English/Animations/Science/drivhus_eng.swf http://earthguide.ucsd.edu/earthguide/diagrams/energybalance/index.html
Balanço global de energia na superfície http://geography.uoregon.edu/envchange/clim_animations/ http://earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps/
A predominância de um determinado processo depende do tipo e estado da superfície
Balanço de calornasuperfície QT = QS (1-α)–QN–QE–QH • QS – Radiação de onda curta incidente • α – Albedo superficial • QN – Radiação de onda longa emitido • QE – Fluxo de calor latente • QH – Fluxo de calor sensível
Sobre ocontinente, em um ciclo anual, QT ~ ZEROpois o calor ganho no verão é perdido para a atmosfera durante o inverno; • Sobre o Oceano, em um ciclo anual, há um ganho de calor entre 20°S e 20°N e perda nas latitudes mais altas; • As perdas e ganhos são compensados pela transferência de calor da região tropical para as latitudes mais altas via Correntes Oceânicas; • QE > QHno Oceano e QE ~ QHno continente
Equação do Balanço Qs: Radiação de onda curta; : Albedo superficial; Qn: Radiação de onda longa; Qe: Calor latente; Qh: Calor sensível. Oceano absorve mais radiação de onda curta. No oceano: Qe > Qh No continente: Qe ~ Qh
Radiação que chega no Oceano • 70% da radiação solar (onda curta, espectro “visível”) atinge a Terra; • Dos 70%, apenas 30% atinge a superfície de forma direta; • A energia radiante que chega no oceano é novamente filtrada:
Radiação no Oceano - Nos primeiros 10cm toda a radiação IR absorvida é convertida em “energia interna”; - No primeiro metro, 60% da radiação solar é absorvida e 80% é absorvida nos 10m iniciais; - Somente cerca de 1% se mantém a 140m de profundidade nas águas mais transparentes do oceano subtropical. Penetração de Radiação → Transparência Transparência → Materiais em Suspensão
Balanço de Calor entre Oceano e Atmosfera - Radiação incidente decresce do Equador para os Pólos; - Baixas latitudes → Muita radiação (ano todo); - Altas latitudes → Pouca radiação (ângulo de incidência dos raios);
Transferência de Energia Ventos e correntes oceânicas → Transporte de calor das baixas para as altas latitudes Baixas latitudes → Maior transporte oceânico Altas latitudes → Maior transporte pelos ventos Comparação entre a energia transportada pelos oceanos no HN e no HS.
ROC ROL
Fluxo de calor latente Dominado pela evaporação na região dos alísios Fluxo de calor Sensível Fluxo de calor Ganho na região Equatorial
Convecção Termohalina Diferenças de temperatura e salinidade → Diferenças de densidade → Circulação Convectiva Circulação Superficial Circulação Profunda