O que é radiação? Quais os tipos de radiação?

Radiação é a propagação de partículas ou ondas. Na meteorologia existe uma distinção entre ondas de radiação solar curtas e ondas de radiação terrestre longas. Quanto menor o comprimento da onda, maior é a energia transportada. A luz visível é parte da radiação de ondas curtas. Exemplos de radiação de onda longa são radiações infravermelhas ou térmicas, rádios e microondas. Na figura 1, a onda de radiação solar curta é mostrada em amarelo, e a onda de radiação terrestre longa em vermelho.

A radiação pode ser diferenciada em:

• Radiação global (Onda curta para baixo (KW↓))
• Radiação direta e difusa (dispersa)
• Reflexão da radiação de onda curta (Onda curta para cima (KW ↑))
• Radiação terrestre (Onda longa para cima (LW ↑))
• Contra-radiação atmosférica (Onda longa para baixo (LW ↓)) (também chamada de efeito "greenhouse")

Em conjunto com a radiação de onda curta existem também importantes definições:

Radiação global (GHI): Radiação global refere-se a toda a radiação de onda curta que atinge (horizontalmente) a superfície terrestre. Pode ser dividida em seus componentes: radiação direta ou radiação difusa.

Radiação difusa (DIF): Nesta, apenas a luz difusa do céu é medida com um piranómetro, cobrindo o sol com um projetor de sombra.

Radiação direta (DIR): Radiação horizontal direta geralmente não é medida, mas calculada da radiação global e difusa.

Irradiação direta normal (DNI): Radiação direta normal refere-se à radiação que atinge o aparelho em certos ângulos, por exemplo, a radiação direta em uma superfície perpendicular à posição do sol. Essa radiação é medida por um pireliómetro e pode ser um múltiplo da radiação direta numa superfície horizontal, especialmente quando o sol está baixo. (Veja aparelhos de medição)

Como a radiação é medida?

Radiação é medida em unidades de watts por metro quadrado (W/m2). Por este motivo, o chamado termófilo é usado em grande parte para aparelhos de medição. Este consiste num material condutivo preto, que absorve toda a radiação incidente e converte-a em calor. Quanto mais radiação atinge o termófilo preto, mais quente ele fica. O material usado deve também ter uma condutividade proporcional à temperatura, de modo que a radiação total possa ser determinada pela diferença da voltagem para o valor 0. O princípio é similar ao de um termómetro elétrico.

Como deve ser instalado um aparelho medidor de radiação?

Para todos os aparelhos que medem radiação, o fator mais importante é que o céu não esteja obscuro em nenhuma direção. O aparelho deve estar localizado numa posição que tenha uma linha direta ao sol, em qualquer momento do dia e em todas as estações, de modo que a radiação possa atingir os aparelhos de medição sem alterações, por exemplo, o sensor nunca estará coberto no ano todo. Além disso, devem ser tomados cuidados para assegurar que não existem paredes/objetos envidraçados e claros nas proximidades, já que estes refletem a luz (radiação) e podem adulterar a medida.

Dificuldades com medição de radiação

Em lugares com muita neve, diretamente no mar, ou perto de fontes espelhadas, reflexões podem influenciar radicalmente as medições de radiação. Formação de sombras também são constantemente fontes de erro perto de mastros e construções.

O maior problema com medição de radiação é a poluição dos sensores por poeira, e outras partículas. Já que os sensores são muito sensíveis e ,até as menores sujeiras podem absorver ou refletir radiação, o resultado da medição é fortemente distorcido. Os aparelhos então, necessitam de manutenção constante, pois precisam ser limpos manualmente.

Quais instrumentos de medição são usados para quais tipo de radiação?

Radiação de onda curta (ambas ↑ e ↓, diretas e difusas):

• Piranómetro: Mede todas as radiações de onda curta numa superfície horizontal. Existem geralmente dois aparelhos usados, um para a radiação global e outro para o albedo (reflexão na superfície da terra).

SW ↓ direto:

• Pireliómetro: O pireliómetro é instalado num rastreador de sol (Sun Tracker) e sempre segue a posição do sol, portanto captura somente a radiação normal direta (sempre em certos ângulos ao sol).

SW ↓ difusa:

• Piranómetro com um projetor de sombra: O projetor é ligado a um rastreador de sol e, está posicionado sempre diretamente entre o sol e o termófilo. Logo, somente radiação difusa, e não a direta, pode alcançar o medidor.

Radiação de onda longa (ambas ↑ e ↓):

• Pirgeómetro: Mede todas as radiações de onda longa numa superfície horizontal. Neste, são usados também dois aparelhos, um para radiação da terra, e outro para a reflexão desta radiação pela atmosfera (efeito "greenhouse").

A combinação de 2 piranómetros e 2 pirgeómetros é chamado pirradiómetro. Este mede completamente radiações de ondas longas e curtas, portanto o equilíbrio inteiro da radiação.

O Serviço Nacional Meteorológico da Suíça, tanto como grande parte da BSRN (Baseline Solar Radiation Network) usa piranómetros e pirgeómetros de Kipp e Zonen para medições de radiação, que são instalados horizontalmente, e então medem radiação global e terrestre.

Devido ao uso crescente de sistemas de energia solar, sensores cada vez mais favoráveis, tais como, células de referência fotovoltaica estão disponíveis e bastante difundidas. Porém, devido à falta de qualidade, estas são incompatíveis para usos meteorológicos.

Quantas estações de medição existem?

A MeteoSwiss trabalha com 133 estações meteorológicas automáticas que medem a radiação. Em escala global existe a BSRN, que opera 68 estações de medição mundiais com controle de qualidade que recebem e processam os dados. Estas estações são selecionadas pois representam a região em que estão localizadas espacialmente e provam enquadrar-se nas normas de alta qualidade. Comparados a outros parâmetros climáticos, existem muito menos estações de medição, pois os sensores são muito caros e a operação requer uma grande quantidade de pessoas, ou seja, dados de medição também não são confiáveis.

meteoblue usa dados de cerca de 200 estações de medição distribuídas pelo mundo, por motivos de validação e calibragem.