E1 Balanço Radiativo de Superfície

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O balanço radiativo de superfície é a troca líquida de energia, na forma de radiação eletromagnética, entre a superfície da Terra e a atmosfera acima dela. A radiação solar de ondas curtas que atinge a superfície, com comprimentos de onda entre três décimos e quatro micrômetros, é parcialmente refletida de acordo com o albedo da superfície, e o restante é absorvido. A própria superfície, por sua vez, emite radiação de ondas longas que segue a lei de Stefan-Boltzmann, aumentando com a quarta potência de sua temperatura, enquanto a atmosfera reflete sua própria contra-radiação de ondas longas de volta para a superfície. A diferença entre toda a radiação que entra e toda a radiação que sai da superfície é precisamente a energia líquida disponível, que é então distribuída entre calor sensível, calor latente e o fluxo de calor para o solo, conforme descrito na seção sobre fluxos de superfície.

O albedo da superfície é extremamente variável dependendo do tipo de superfície: a neve recém-caída reflete entre 80 e 90 por cento da radiação solar que recebe, florestas densas e solo escuro e nu refletem apenas entre 10 e 15 por cento, solo de cor clara reflete entre 25 e 35 por cento, plantações entre 20 e 25 por cento e água líquida apenas entre 6 e 10 por cento.

É precisamente essa enorme variabilidade no albedo entre as superfícies que torna o balanço radiativo extremamente sensível a qualquer mudança na cobertura do solo: o desmatamento de regiões boreais, que substitui uma floresta escura pela neve clara exposta por baixo, pode levar a um resfriamento regional líquido, mesmo que esse mesmo desmatamento libere dióxido de carbono na atmosfera.

O ciclo diurno desse balanço radiativo é também o principal motor do ciclo hidrológico na superfície: o balanço líquido passa de negativo à noite, quando a superfície perde apenas radiação de ondas longas sem receber qualquer ganho solar compensatório, para fortemente positivo ao meio-dia, atingindo até 800 watts por metro quadrado em um dia de verão tropical. É precisamente esse balanço líquido positivo que impulsiona simultaneamente o aquecimento da superfície, a evapotranspiração e a convecção atmosférica.

O comportamento esperado de todo esse sistema inclui uma correlação positiva entre a energia líquida disponível e a evapotranspiração, e uma partição entre calor sensível e latente que, conforme descrito pela razão de Bowen, é determinada pela quantidade de água disponível na superfície em um dado momento. Assim, desde a troca de radiação de ondas curtas e longas com que este documento começa, até a divisão entre calor sensível e calor latente com que termina, passando pela enorme variabilidade do albedo e pelo ciclo diurno que o acompanha, o balanço radiativo da superfície significa que a quantidade de energia disponível na superfície da Terra, a cada momento e em cada lugar, acaba por determinar tanto o clima local quanto o ciclo da água que ocorre nessa superfície.

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