Radiação Atmosférica e Balanço Energético
Como a radiação solar e terrestre se propaga, é absorvida e emitida por, e é dispersa dentro da atmosfera, estabelecendo o balanço energético planetário da Terra.
Definition
Radiação atmosférica e balanço energético é o estudo da radiação eletromagnética na atmosfera e dos fluxos de energia resultantes que determinam a estrutura de temperatura do sistema Terra-atmosfera.
Scope
Esta área abrange a transferência de radiação de ondas curtas (solar) e de ondas longas (terrestre) através da atmosfera, a absorção e emissão de radiação por gases, nuvens e aerossóis, a partição da energia solar incidente entre reflexão, absorção e aquecimento da superfície, e o aprisionamento de ondas longas que produz o efeito estufa. Ela conecta a microfísica das interações moleculares e de partículas com a radiação ao balanço energético macroscópico no topo da atmosfera que impulsiona o clima.
Sub-topics
Core questions
- Como a radiação solar é absorvida, dispersa e refletida ao passar pela atmosfera?
- O que controla a emissão de radiação de ondas longas para o espaço e de volta para a superfície?
- Por que a superfície da Terra é mais quente do que sua temperatura de equilíbrio radiativo preveria?
- Como pequenas mudanças na composição atmosférica perturbam o balanço energético planetário?
Key theories
- Teoria de transferência radiativa
- Uma descrição formal, via equação de transferência radiativa, de como a intensidade radiante muda ao longo de um caminho através de um meio absorvente, emissor e dispersor; a base para todos os cálculos quantitativos de radiação atmosférica.
- Balanço energético planetário
- O princípio de que, em equilíbrio, a radiação solar absorvida é igual à radiação de ondas longas emitida, de modo que o fluxo líquido no topo da atmosfera restringe a temperatura média global.
Mechanisms
A radiação solar incidente atinge o pico no visível; cerca de 30% é refletida (albedo planetário) e o restante é absorvido pela superfície e pela atmosfera. A superfície e a atmosfera aquecidas emitem radiação de ondas longas seguindo a lei de Planck modificada pela emissividade; os gases de efeito estufa absorvem e reemitem essa radiação de ondas longas, reduzindo a perda líquida para o espaço e elevando a temperatura da superfície. O balanço é descrito pela equação de transferência radiativa que combina a absorção de Beer-Lambert com a emissão térmica e os termos de fonte de espalhamento.
Clinical relevance
A quantificação dos fluxos radiativos sustenta a modelagem climática, as recuperações de sensoriamento remoto de temperatura e composição, a avaliação de recursos de energia solar e a definição do forçamento radiativo usado nas avaliações de políticas climáticas.
History
A base radiativa do aquecimento atmosférico foi delineada por Joseph Fourier e quantificada pelas medições de absorção de gás de John Tyndall e pelo cálculo de dióxido de carbono de Svante Arrhenius em 1896. Chandrasekhar formalizou a teoria de transferência radiativa em meados do século XX, e as medições da era dos satélites desde a década de 1980 restringiram o balanço energético da Terra a poucos watts por metro quadrado.
Key figures
- Svante Arrhenius
- Subrahmanyan Chandrasekhar
- Kevin Trenberth
Related topics
Seminal works
- trenberth2009
- liou2002
- wallaceHobbs2006
Frequently asked questions
- Qual é a diferença entre radiação de ondas curtas e de ondas longas?
- A radiação de ondas curtas é a energia solar recebida pela Terra, concentrada em comprimentos de onda visíveis e infravermelhos próximos; a radiação de ondas longas é o infravermelho térmico emitido pela Terra e atmosfera mais frias. A atmosfera é em grande parte transparente às ondas curtas, mas absorve fortemente as ondas longas.
- Por que a Terra é mais quente do que um simples balanço de radiação prevê?
- Os gases de efeito estufa absorvem a radiação de ondas longas de saída e reemitem parte dela de volta para a superfície, de modo que a superfície deve ser mais quente do que a temperatura efetiva de irradiação do planeta para equilibrar o balanço energético.