SENSORIAMENTO REMOTO E RADIAÇÃO ATMOSFÉRICA

A causa fundamental de todas as situações meteorológicas na Terra é o Sol e a sua posição em relação ao nosso planeta, não devendo entender-se por isto as variações estacionais que ocorrem ao mesmo tempo que a Terra progride na sua órbita anual. A energia calorífica fornecida pelo Sol, a radiação,  afeta diretamente a densidade do ar, provocando assim todos os gradientes de pressão importante que causam o movimento do ar numa tentativa para minimizar a distribuição deles. O movimento constante da atmosfera depende, assim, do balanço de energia, fator que temos de considerar sob dois aspectos: o orçamento ou balanço, entre a Terra e o espaço, porque deste determina a temperatura média da atmosfera, e o orçamento ou balanço, na atmosfera, porque este é a causa fundamental das condições meteorológicas.

O Orçamento Terra-espaço: Ganhos e Perdas

 Todos os orçamentos são uma questão de receita e despesa ou entradas e saídas. Neste caso, as entradas são a radiação recebida do Sol e as saídas são as perdas de radiação pela Terra. A longo prazo, estas quantidades deveriam equilibrar-se, mas no decurso da história da Terra é sabido que deve ter havido pequenos desequilíbrios, como evidenciam as ocorrências de idades do gelo.

O Sol emite radiação de onda curta a uma razão que varia pouco, esta emissão fornece a energia para toda a vida natural e movimentos de nosso planeta. Quando atinge a Terra a radiação solar é refletida, retrodifundida e absorvida por várias componentes: 6% é retrodifundida para o espaço pelo próprio ar, 20% é refletida pelas nuvens e 4% é refletida pela superfície da Terra. Deste modo, 30% da radiação perde-se para o planeta por estes processos que, coletivamente, constituem o albedo. As nuvens absorvem 3% da radiação solar restante, ao passo que o vapor de água, as poeiras e outros componentes no ar contam com mais 16%. O resultado de todas estas interferências atmosféricas é garantir que apenas 51% da radiação solar incidente atinja verdadeiramente a superfície do globo.

Esta quantidade é apenas uma média e dissimula as variações na quantidade de radiação solar que chega ao solo em diferentes pontos do planeta. Porque a Terra é esférica, as regiões tropicais são atingidas por três vezes mais radiação solar do que as regiões polares. Além disso, devido  à distribuição da nebulosidade, as regiões equatoriais recebem somente mais da metade da radiação solar do que a recebida pelos desertos quentes e secos da Terra, onde cerca de 80% da radiação total que penetra na atmosfera atinge o solo. E nas latitudes médias nubladas a radiação solar recebida no solo é somente um terço da que se encontra nos desertos.

A entrada da radiação solar tem de ser equilibrada por uma saída de calor enviado pela Terra, o que resulta de radiação pela atmosfera. Ao contrário da radiação de onda curta, a radiação da Terra ocorre sob a forma de onda longa e é por isso  muito mais absorvida pelo  vapor de água e dióxido de carbono existentes na atmosfera. Da radiação emitida pela parte sólida da Terra, cerca de 90% é absorvida pela atmosfera, que irradia cerca de 80% novamente para o solo. Deste modo, a atmosfera atua como uma cobertura ou como o vidro de uma estufa, e daí o chamado Efeito Estufa. Como resultado, apenas uma pequeníssima quantidade da radiação terrestre escapa para o espaço.


Densidade do ar: o ar quente é mais leve do que o ar frio.
Albedo:  razão entre a quantidade de radiação refletida por um corpo e a quantidade recebida por ele, expressa normalmente em porcentagem.

Transferência de Energia na Atmosfera

 A atmosfera recebe calor da radiação solar de onda curta, da radiação terrestre de onda longa e ainda da convecção, pela qual as correntes verticais de ar ascendentes  libertam energia calorífica (quer sensível, quer latente) da superfície da Terra. A atmosfera perde calor irradiando para cima, para o espaço e para baixo, para a superfície. De fato, a atmosfera teria um balanço negativo,por perder muito mais do que ganha, se não fosse o fato de o déficit em radiação ser coberto pelo influxo de calor por convecção. Sem esta convecção a superfície da Terra deveria estar muito mais quente, cerca de 67ºC, em vez de 15ºC, para poder emitir radiação suficiente para compensar o orçamento do equilíbrio térmico.

Atualmente, os satélites podem dizer-nos como é que esta radiação de onda longa é distribuída, através de medições das imagens no infravermelho. As observações mostram que as quantidades são as mais altas nas regiões desérticas, menores nas latitudes médias e mais baixas nas regiões polares.


Convecção: Transferência de calor por movimentos no seio do ar, predominantemente verticais, para distinguir a advecção.

Balanço do Orçamento Energético

 Deixamos de lado o papel da convecção nesta transferência de calor, podíamos considerar o balanço entre a radiação que entra e a que sai, conhecida por radiação resultante. Interessa aqui ver qual é a distribuição da radiação resultante, quer para a superfície da Terra, quer para a atmosfera. Estas considerações conduzem sucessivamente  para a radiação resultante para o sistema Terra-Atmosfera no seu todo, o que constitui uma das distribuições mais importantes no conjunto das ciências atmosféricas.

Em todas as latitudes entre 80º N e 80º S  a superfície da Terra tem radiação resultante positiva, quer dizer, recebe mais do que perde. Esta radiação resultante positiva é particularmente alta nos trópicos. A atmosfera, por outro lado, tem balanço negativo da radiação resultante, o qual não varia com a latitude. Adicionando as duas distribuições a radiação resultante do sistema Terra-Atmosfera.

Entre as latitudes entre 40ºN e 35ºS o orçamento da radiação resultante é positivo. Para os lados polares destas latitudes, o orçamento torna-se negativo. A não ser que houvesse alguns outros fatores a afetar os orçamentos da radiação, esta distribuição sugere que os trópicos tornar-se-iam progressivamente mais quentes, e os pólos progressivamente mais frios: o equador seria 14ºC mais quente e o pólo Norte 25ºC mais frio do que são atualmente. Porque não é este o caso, deve haver uma transferência de calor dos trópicos para os pólos. Esta transferência, que é conhecida como fluxo meridional, assegura que as temperaturas da atmosfera sejam notoriamente estáveis e que o gradiente da temperatura média ao longo dos meridianos seja uns 40ºC mais baixo do que seria de outro modo. Além deste fluxo meridional o calor é também transportado para cima,: o efeito resultante é de que as variações, ao longo dos meridianos da radiação de onda longa no topo da atmosfera, são muito menores do que os da radiação solar incidente.

A transferência necessária de calor para os pólos ( o fluxo meridional ) tem lugar na atmosfera e no oceano, como a primeira responsável por cerca de dois terços do total. A transferência é realizada pelo movimento do ar no meio: ar quente e úmido desloca-se para cima e para os pólos e ar frio e seco desloca-se para baixo e para o equador. As configurações do fluxo do ar que conduzem a estes movimentos são essencialmente os sistemas meteorológicos de nosso planeta. A necessidade de equilíbrio para o orçamento da radiação é, em suma, a razão por que as condições meteorológicas existem.


Radiação Resultante: É a diferença entre a radiação incidente e a radiação emitida. Na superfície da Terra é recebida muito mais radiação do que emitida, de modo que a radiação efetiva é positiva praticamente em quase todas as latitudes. Mas o balanço da radiação atmosférica sozinho, é negativo em todas as latitudes.

Balanço do Orçamento Energético

O primeiro satélite artificial da Terra foi lançado em 1957. Cerca de três anos depois começou a era dos satélites meteorológicos, que criou novas possibilidades de observação do tempo a partir do espaço. Os satélites permitiram uma cobertura regular do Globo terrestre, que teria sido praticamente impossível através das observações com balões-sonda, aviões ou estações terrestres.

O resultado mais importante dos satélites na meteorologia é a disponibilidade de imagens que revela onde há nuvens e o que são. Porque  todos os sistemas de tempo importantes na Terra têm  nuvens características, as imagens obtidas por satélites dão aos previsores a oportunidade de ver o que se está a passar, mesmo em áreas remotas, a intervalos freqüentes.

Existem dois tipos de satélites, cada um com as suas órbitas características; são os geoestacionários e os satélites de órbita polar.

Os satélites geoestacionários  mantêm-se sempre sobre o mesmo local da superfície da Terra. Isto é possível somente se o satélite está sobre um ponto do equador e se a distância acima da superfície do globo é de cerca de 36.000 km. A vantagem deste tipo de satélite é que este campo de observação pode ser controlado de modo contínuo.

Os satélites de órbita polar orbitam muito mais perto da superfície da Terra e podem, por isso, fornecer imagens mais pormenorizadas. Normalmente os satélites de órbita polar estão a 850 km  de altitude e demoram cerca de 100 minutos para uma volta à Terra.

Sensoriamento Remoto – As Imagens

 Esses satélites conseguem nos fornecer informações a respeito da temperatura da Terra através de radiômetros, que medem os vários tipos de radiação emitida pela Terra, da atmosfera ou das nuvens.

Um tipo de radiação que chega ao satélite vindo de baixo é a luz do Sol refletida pelas superfícies do globo, pela atmosfera ou pelas nuvens. Cada tipo de superfície reflete proporções diferentes da luz que nela incide. Como o radiômetro do satélite prospecta o campo de visão em baixo, registra a intensidade da radiação de cada área pequena.  Esta informação é transmitida para uma estação terrestre e pode ser processada para formar as imagens de satélites, ou como comumente é chamada, imagem no visível.

As imagens no visível retratam as nuvens, terras e mar tal como o olho humano as veria. Mas há um outro tipo de radiação que chega ao satélite vinda de baixo e que tem a vantagem de fornecer as imagens de dia ou de noite ao longo do ano. Esta radiação é mais calor do que luz e é emitida por todas as superfícies, sejam elas quentes ou frias. Esta radiação é conhecida como infravermelho.

As imagens no infravermelho descrevem a temperatura da superfície observada. As medições de um radiômetro no infravermelho são processadas na estação meteorológica em terra, normalmente de modo que as superfícies mais quentes aparecem relativamente mais escuras e as mais frias, mais claras.

Durante a noite as imagens no infravermelho permitem ao previsor distinguir vários tipos de nuvens muito importantes. Durante o dia, a disponibilidade de imagens no visível e no infravermelho simultaneamente, é ainda mais funcional.


O estudo e tratamento das imagens obtidas por satélites é chamado Sensoriamento Remoto.