Radiação Solar

Maior fonte de energia para o planeta, a radiação solar é responsável, tanto para a duração do dia, estação do ano e fotoperiodismo, quanto para o fornecimento de espectros de luz para a fotossíntese

 

A radiação solar é a maior fonte de energia para a Terra, sendo também o principal elemento meteorológico
pois é ela que desencadeia todo o processo meteorológico afetando todos os outros elementos (temperatura, pressão, vento, chuva, umidade, etc). Trata-se, portanto, de um elemento primordial no entendimento da variação dos demais.
A energia solar é a fonte primária de energia para todos processos terrestres, desde a fotossíntese, responsável pela produção vegetal e manutenção da vida na presente forma, até o desenvolvimento de furacões, tempestades, enfim, pela circulação geral da atmosfera e oceanos. Além da sua importância em Meteorologia, a energia radiante do Sol é um elemento fundamental em estudos ecológicos e de disponibilidade energética, pois a maior parte da energia disponível na Terra tem origem na radiação solar.
Assumindo-se que, até atingir a superfície da Terra, a luz solar percorre uma distância aproximada de 150
milhões de quilômetros (1,5 108 km = 1,5 1011 m) a uma velocidade de 300 103 km/s (3 108 m/s), ela gasta cerca de 500s (8,3 min) nessa trajetória. Isto significa que todos os fenômenos solares, observados da superfície terrestre, já aconteceram há 8,3 min, no mínimo. Define-se unidade astronômica (UA) como sendo a distância média Terra – Sol (1,496 1011 m ).
Embora o Sol tenha um raio aproximado de 6,96 108 m, para efeitos de estudo da radiação solar na
superfície da Terra admite-se que ele funciona como uma fonte pontual de energia. Ele emite radiações igualmente em todas as 4π direções. Portanto, se a intensidade luminosa num dado instante for igual a I, então o total de energia emitida naquele instante será igual a 4π I. Nesse mesmo instante, a Terra se situa numa esfera cujo raio é igual à sua distância do Sol (D). Pelas restrições admitidas, o total de energia emitida (4π I) será igualmente distribuído na área 4π D², resultando numa densidade de fluxo igual a I / D², definida pela lei do inverso do quadrado da distância, ou seja, a energia recebida numa superfície é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre a fonte e superfície receptora. Devido à distância Terra – Sol e à relação entre os volumes dos dois astros, apenas uma pequeníssima fração da energia emitida atinge a superfície da Terra na forma de um feixe de raios paralelos entre si.

A quantidade de radiação solar recebida por uma superfície de área unitária, na unidade de tempo é
chamada de densidade de fluxo radiativo. A essa densidade de fluxo denomina-se Irradiância solar (Q), sendo que sua unidade de expressão é energia por área e por tempo.

Define-se constante solar (Jo) como a densidade de fluxo de radiação solar incidente numa superfície plana
perpendicular aos raios solares, sem os efeitos atenuantes da atmosfera, e a uma distância equivalente a uma
unidade astronômica (1 UA). Sem os efeitos da atmosfera significa que esse valor deve ser medido numa altitude onde os fenômenos atmosféricos sejam ausentes (topo da atmosfera). Atualmente, tais medições são feitas por satélites artificiais.

Em seu movimento de translação ao redor do Sol a Terra está sempre recebendo radiação solar. Mesmo considerando que cerca de 30% da energia interceptada pela Terra seja refletida (albedo), se não fosse pelo movimento de rotação e pela emissão de radiação terrestre (Lei de Stefan – Boltzmann), essa quantidade de energia não permitiria que o planeta tivesse a presente forma e aspecto.
O movimento de rotação da Terra faz com que um local receba os raios solares com inclinação diferente ao
longo do dia. O somatório dos valores instantâneos de irradiância solar no topo da atmosfera ao longo do dia é um valor teórico muito útil, pois representa o potencial de energia incidente na região. A esse total diário denomina-se de irradiância solar global extraterrestre, sendo representado por Qo. Extraterrestre significa a situação em que não se considera ainda o efeito atenuador da atmosfera. Esse total varia de acordo com a latitude (Φ) e com o dia do ano, fatores esses que afetam o ângulo de incidência dos raios solares. Quanto maior a latitude, maior a amplitude de Qo entre verão e inverno.

Quando a atmosfera entra em ação, situação normal, o total diário de energia solar que chega realmente à superfície terrestre é reduzido, sendo denominado de irradiância solar global, e representado por Qg. Essa energia (Qg) é composta pela irradiância solar direta (Qd), e pela irradiância solar difusa (Qc). Qd é a radiação que não sofre desvio em sua trajetória, sendo responsável pela projeção de sombra dos objetos; enquanto que Qc decorre do processo de difusão (espalhamento) e não projeta sombra. A proporção entre Qd e Qc varia ao longo do dia (ângulo de incidência dos raios solares), e também com as condições de nebulosidade. Quanto mais nublado, maior a proporção de Qc, menor a porção de Qd, e menor o valor de Qg.