Radiação difusa do céu - Diffuse sky radiation
A radiação difusa do céu é a radiação solar que atinge a superfície da Terra após ter sido espalhada do feixe solar direto por moléculas ou partículas na atmosfera . Também chamada de radiação do céu , é o processo determinante para alterar as cores do céu . Aproximadamente 23% da radiação incidente direta da luz solar total é removida do feixe solar direto por espalhamento na atmosfera; dessa quantidade (de radiação incidente), cerca de dois terços chegam à Terra como radiação difusa de fótons .
Os processos de espalhamento radiativo dominantes na atmosfera são espalhamento de Rayleigh e espalhamento de Mie ; eles são elásticos , o que significa que um fóton de luz pode ser desviado de seu caminho sem ser absorvido e sem alterar o comprimento de onda.
Sob um céu nublado, não há luz solar direta e toda a luz resulta da radiação difusa da clarabóia.
Procedendo de análises das consequências da erupção do vulcão das Filipinas Monte Pinatubo (em junho de 1991) e outros estudos: A clarabóia difusa, devido à sua estrutura e comportamento intrínsecos, pode iluminar as folhas sob o dossel, permitindo a fotossíntese total da planta mais eficiente do que seria o caso; isso em forte contraste com o efeito de céus totalmente limpos com luz solar direta que projeta sombras nas folhas do sub-bosque e, portanto, limita a fotossíntese da planta à camada superior do dossel (veja abaixo) .
Cor
A atmosfera da Terra espalha a luz de comprimento de onda curto com mais eficiência do que a de comprimentos de onda mais longos. Como seus comprimentos de onda são mais curtos, a luz azul é mais fortemente espalhada do que as luzes de comprimento de onda mais longo, vermelho ou verde. Conseqüentemente, o resultado é que, ao olhar para o céu longe da incidência direta da luz solar , o olho humano percebe que o céu é azul. A cor percebida é semelhante à apresentada por um azul monocromático (no comprimento de onda 474-476 nm ) misturado com a luz branca, ou seja, uma luz azul insaturada . A explicação da cor azul por Rayleigh em 1871 é um exemplo famoso de aplicação de análise dimensional para resolver problemas em física; (veja a figura superior).
A dispersão e a absorção são as principais causas da atenuação da radiação solar pela atmosfera. A dispersão varia em função da razão entre os diâmetros das partículas (das partículas na atmosfera) e o comprimento de onda da radiação incidente. Quando essa proporção é menor que cerca de um décimo, ocorre o espalhamento de Rayleigh . (Neste caso, o coeficiente de espalhamento varia inversamente com a quarta potência do comprimento de onda. Em proporções maiores, o espalhamento varia de uma forma mais complexa, conforme descrito para partículas esféricas pela teoria de Mie .) As leis da óptica geométrica começam a se aplicar em níveis mais altos índices.
Diariamente, em qualquer local global que experimente o nascer ou o pôr do sol , a maior parte do feixe de luz solar visível chega quase tangencialmente à superfície da Terra. Aqui, o caminho da luz solar através da atmosfera é alongado de tal forma que grande parte da luz azul ou verde é espalhada para longe da linha de luz visível perceptível. Esse fenômeno deixa os raios do Sol, e as nuvens que eles iluminam, em cores abundantes de laranja a vermelho, que se vê ao olhar o pôr do sol ou o nascer do sol.
Para o exemplo do Sol no zênite , em plena luz do dia, o céu é azul devido ao espalhamento de Rayleigh, que também envolve os gases diatômicos N
2e O
2. Perto do pôr do sol e especialmente durante o crepúsculo , absorção pelo ozônio ( O
3) contribui significativamente para manter a cor azul no céu noturno.
Sob um céu nublado
Essencialmente, não há luz solar direta sob um céu nublado , então toda a luz é então radiação difusa do céu. O fluxo de luz não é muito dependente do comprimento de onda porque as gotículas da nuvem são maiores que o comprimento de onda da luz e espalham todas as cores de maneira aproximadamente igual. A luz passa pelas nuvens translúcidas de maneira semelhante ao vidro fosco . A intensidade varia (aproximadamente) de 1 ⁄ 6 de luz solar direta para nuvens relativamente finas até 1 ⁄ 1000 de luz solar direta sob o extremo das nuvens de tempestade mais espessas.
Como parte da radiação total
Uma das equações para radiação solar total é:
onde H b é a irradiância do feixe de radiação, R b é o fator de inclinação para a radiação do feixe, H d é a irradiância da radiação difusa, R d é o fator de inclinação para a radiação difusa e R r é o fator de inclinação para a radiação refletida.
R b é dado por:
onde δ é a declinação solar , Φ é a latitude, β é um ângulo da horizontal eh é o ângulo da hora solar .
R d é dado por:
e R r por:
onde ρ é a refletividade da superfície.
Agricultura e a erupção do Monte Pinatubo
A erupção do vulcão das Filipinas - Monte Pinatubo em junho de 1991 ejetou cerca de 10 km 3 (2,4 mi cu) de magma e "17 milhões de toneladas métricas " (17 teragramas ) de dióxido de enxofre SO 2 no ar, introduzindo dez vezes mais SO total 2 como os incêndios no Kuwait de 1991, principalmente durante o evento explosivo Plinian / Ultra-Plinian de 15 de junho de 1991, criando uma camada de névoa SO 2 estratosférica global que persistiu por anos. Isso resultou na queda da temperatura média global em cerca de 0,5 ° C (0,9 ° F). Como as cinzas vulcânicas caem da atmosfera rapidamente, os efeitos agrícolas negativos da erupção foram em grande parte imediatos e localizados em uma área relativamente pequena nas proximidades da erupção, pois foram causados pela espessa cobertura de cinzas resultante. Globalmente, no entanto, apesar de uma queda de vários meses de 5% na irradiação solar geral e uma redução na luz solar direta em 30%, não houve impacto negativo na agricultura global. Surpreendentemente, foi observado um aumento de 3-4 anos na produtividade agrícola global e no crescimento da silvicultura, exceto nas regiões de floresta boreal .
O meio pelo qual isso foi descoberto é que, inicialmente na época, foi observada uma misteriosa queda na taxa com que o dióxido de carbono (CO 2 ) enchia a atmosfera, que é mapeada no que é conhecido como " Curva de Keeling ". Isso levou vários cientistas a supor que essa redução se devia à redução da temperatura da Terra e, com isso, uma desaceleração na respiração das plantas e do solo , indicando um impacto deletério da camada de névoa vulcânica para a agricultura global. No entanto, após investigação real, a redução na taxa na qual o dióxido de carbono encheu a atmosfera não correspondeu à hipótese de que as taxas de respiração das plantas haviam diminuído. Em vez disso, a anomalia vantajosa estava relativamente firmemente ligada a um aumento sem precedentes no crescimento / produção primária líquida da vida vegetal global, resultando no aumento do efeito sumidouro de carbono da fotossíntese global. O mecanismo pelo qual o aumento no crescimento da planta foi possível, foi que a redução de 30% da luz solar direta também pode ser expressa como um aumento ou "aumento" na quantidade de luz solar difusa .
O efeito de claraboia difuso
Essa clarabóia difusa, devido à sua natureza intrínseca, pode iluminar as folhas sob o dossel, permitindo uma fotossíntese total da planta mais eficiente do que seria o caso, e também aumentando o resfriamento evaporativo de superfícies vegetadas. Em total contraste, para céus totalmente limpos e a luz solar direta que resulta dele, as sombras são projetadas nas folhas do sub - bosque , limitando a fotossíntese da planta à camada superior do dossel. Este aumento na agricultura global da camada de névoa vulcânica também resulta naturalmente como um produto de outros aerossóis que não são emitidos por vulcões, como a poluição artificial "carga de fumaça moderadamente espessa", como o mesmo mecanismo, o "efeito radiativo direto do aerossol "está por trás de ambos.
Veja também
Referências
Leitura adicional
- Pesic, Peter (2005). Céu em uma garrafa . The MIT Press. ISBN 978-0-262-16234-0.