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2 Capítulo 2 UNIVERSIDADE FEDERAL DOS ESPÍRITO SANTO – UFES
CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS - CCHN DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA - DPGEO LABORATÓRIO DE GEOMÁTICA DA UFES - LGU Obs: Todos os Slides apresentados foram adaptados do livro "Fundamentos do Sensoriamento Remoto e Metodologias de Aplicação (2ª Edição). Autor: Maurício Alves Moreira Vitória LANDSAT Andaraí Ikonos 1 m resolução Campos do Jordão Ikonos 1m de Resolução Capítulo 2 Atmosfera Terrestre e sua Interação com a Radiação Solar
3 Introdução Camadas da Atmosfera
A atmosfera terrestre possui uma massa que corresponde a 0,001% do total do planeta Terra e é constituída por uma mistura gasosa, por vapor de água e aerossóis. Essa camada gasosa apresenta espessura variável, podendo chegar a mais de km de altitude. Apesar dessa extensa camada, a massa total dos gases que a compõem concentra-se, praticamente, no primeiros 10 km de altitude. Ao nível do mar, a pressão é de aproximadamente 101 kilopascal, o que equivale a milibares (mb) ou 760 milímetros de mercúrio (mmHg). Camadas da Atmosfera EXOSFERA: é a zona mais externa da atmosfera, podendo chegar a km ou mais de altura em relação à superfície da Terra. Na exosfera predomina o hidrogênio (o gás mais leve que se conhece), sendo por isso também, denominada camada hidrogenada. Nesta região, as temperaturas variam de oC , durante o dia, a -300 oC, durante a noite. IONOSFERA: região da atmosfera superior da Terra, estendendo-se aproximadamente até 600 km de altitude. A ionosfera é um refletor eficiente de ondas de rádio, na faixa espectral que vai das ondas curtas até as longas, permitindo que as comunicações sejam feitas a grande distância ao redor da superfície da Terra. Todavia, a ionosfera não reflete ondas de rádio de alta frequência (inclusive televisão), razão pela qual a transmissão de comunicações por estas ondas se faz por satélites. TROPOSFERA: É a camada que se encontra em contato com a superfície da Terra. Atinge um altitude de Km no Equador, e de 2-8 Km nos pólos, sendo sua espessura variável com as estações do ano. Corresponde ao invólucro onde ocorrem os fenômenos meteorológicos mais importantes e que afetam diretamente a vida sobre a superfície. A temperatura na Troposfera cai rapidamente com a altitude, numa razão média de 6,0 ºC a cada 1000 metros. ESTRATOSFERA: nesta camada, cujo limite superior encontra-se aproximadamente a 50 Km de altitude, a temperatura cresce, atingindo, no topo, valores máximos próximos de 0 ºC. Esse comportamento é atribuído à absorção da radiação ultravioleta pelo ozônio. Quanto aos movimentos atmosféricos, vale ressaltar que, nesta camada, em razão de seu perfil estável de temperatura – "frio" por baixo, "quente" por cima -, observa-se uma ausência quase completa de movimentos verticais. MESOSFERA: " Como a Troposfera, esta camada é aquecida por baixo (pela camada de ozônio). Portanto, a temperatura também decrescerá, neste caso, a uma taxa de 3,5 ºC por quilômetro, atingindo, no topo da camada, 80 Km de altitude, o valor mais baixo de toda a Atmosfera, em média, 90 ºC negativos".
4 Principais Zonas da Atmosfera
5 Composição média do ar seco próximo ao solo, em porcentagem de volume ou PPM, segundo a OMM
6 Interação da Radiação Solar com a Atmosfera Terrestre
O fluxo total de energia solar no topo da atmosfera é de aproximadamente Wm-2, o que equivale a 2,0 cal cm-2 min-1. Quando a radiação solar penetra na atmosfera terrestre, sofre atenuações causadas por reflexão, espalhamento e absorção pelos constituintes atmosféricos, por partículas dispersas e nuvens (atenuações da energia solar ao atravessar a atmosfera). atenuações da energia solar ao atravessar a atmosfera
8 Curva de irradiância solar, para mostrar a absorção
da radiação, pelos gases e vapor d'água
9 Espalhamento O espalhamento é um processo físico que resulta da obstrução das ondas eletromagnéticas, por partículas existentes nas suas trajetórias, ao penetrarem na atmosfera terrestre. Essa obstrução pode ser tanto da energia incidente quanto da reirradiada (refletida). Chuva 50 – 200 Garoa 20 – 50 Névoa 2 – 30 Neblina, nuvens 1 – 5 Poeira 0,5 – 50 Fumos industriais 0,001 – 0,5 Fumaça, bruma Variação no diâmetro Partícula Partículas presentes na atmosfera e respectivos tamanhos
10 Tipos de Espalhamento Molecular ou Rayleigh: quando a relação entre o diâmetro da partícula e o comprimento de onda é menor que 1, o espalhamento é considerado isotrópico, ou seja, é simétrico em relação à direção da onda incidente e à intensidade. Ele é produzido, essencialmente, por moléculas de gases constituintes da atmosfera. Quanto menor o comprimento de onda maior será o espalhamento molecular. A quantidade de radiação espalhada (E) é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda: EXEMPLO Por apresentar menor comprimento de onda, a luz azul é espalhada em cerca de 5,5 vezes mais do que a luz vermelha (Cor azul do céu)
11 Por que o céu é azul durante o dia e vermelho
CURIOSIDADE! Por que o céu é azul durante o dia e vermelho no nascer e pôr-do-sol? Quando se olha para o céu, é a luz azul que se vê, pelo fato de ela ter sido mais dispersada pelas moléculas dos gases em todas as direções. Por outro lado, a luz violeta é muito mais dispersada do que a luz azul. No entanto, não se vê o céu na cor violeta porque o Sol produz muito mais luz azul do que violeta. Quando o Sol se encontra perto do horizonte os raios diretos que chegam aos nossos olhos atravessam uma massa de ar maio e a dispersão aumenta sua intensidade; a maior atenuação no azul faz com que a luz do Sol seja avermelhada no espectro do visível. Este efeito se acentua quando há poeira em suspensão na atmosfera. VEJA FIGURA
12 Efeito do espalhamento Rayleigh na coloração do céu
13 Espalhamento não-seletivo responsável pela coloração branca das núvens
Tipos de Espalhamento Mie: ocorre quando os diâmetros das partículas na atmosfera são da mesma ordem ou próximos ao tamanho do comprimento de onda da radiação: não-seletivo: ocorre quando o tamanho das partículas na atmosfera deixa de ter influência no espelhamento, isto é, ele vai se tornando independente do comprimento de onda à medida que se aumenta o tamanho das partículas. Nesta situação, a energia é espalhada, preferencialmente, na direção da frente. Este espalhamento é o responsável pela aparência branca das nuvens. Espalhamento não-seletivo responsável pela coloração branca das núvens
14 Dissociação e fotionização rotacional de moléculas
Absorção atmosférica A absorção da radiação solar na atmosfera dá-se por meio de dois processos: Dissociação e fotionização na alta atmosfera Vibração e transição rotacional de moléculas Absorção da radiação na região do infravermelho Absorção da radiação nas faixa dos raios X e do Ultravioleta Observação: Na região do ´visível, a absorção da radiação é muito pequena. Responsáveis pela absorção da radiação do ultravioleta: Ozônio (O3) e oxigênio (O2) Responsáveis pela absorção da radiação do infravermelho e de microondas: Vapor de água, dióxido de carbono (CO2) e óxido nitroso (N2O)
15 O QUE É JANELA ATMOSFÉRICA?
São as regiões do espectro eletromagnético, para as quais a radiação não é absorvida, ou seja, a atmosfera é transparente Curva espectral da radiação solar e da Terra e janelas atmosféricas, representadas pelas cores roxa, amarela, vermelha e marron
16 FENÔMENO DA REFRAÇÃO Lei de Snell
Quando a radiação eletromagnética passa do vácuo para um outro meio, ela se refrata e sua velocidade diminui, que é função do meio (comprimento de onda se modifica e freqüência se mantém constante) Lei de Snell EXEMPLO O índice de refração é valor com o qual se mede a capacidade do material de causar refração. Considerando a passagem de radiação no vácuo