Em m dia, as nuvens cobrem mais de 40% da superf cie da Terra:

Por serem vis veis, as nuvens refletem a luz, resultando em radia o vis vel e est o associadas ao albedo atmosf rico.

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Para estimar o albedo futuro da atmosfera $a_a$, adiciona-se ao albedo atual a varia o $\delta a_a$:

$ a_{at} = a_a + \delta a_a $

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Da mesma forma, tamb m devem ser consideradas as varia es nos fatores de cobertura $\gamma_v$:

$\gamma_{vt}=\gamma_v + \delta \gamma_v$

A mudan a pode ser devida a varia es no vapor de gua e, consequentemente, na cobertura de nuvens. Portanto, a quantidade e distribui o de nuvens na atmosfera podem variar, o que afeta a quantidade de radia o solar que chega superf cie da Terra. Um maior fator de cobertura vis vel indica uma maior presen a de nuvens, o que pode reduzir a quantidade de radia o solar direta e afetar o balan o energ tico da Terra.

A cobertura de nuvens vis veis desempenha um papel importante no sistema clim tico ao influenciar a distribui o de calor e a forma o de precipita o. Ao considerar essas varia es nos fatores de cobertura, podemos obter uma vis o mais abrangente de como a radia o solar interage com a atmosfera e a superf cie da Terra, e como isso afeta o clima e os padr es clim ticos.

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A cobertura vis vel em grande parte determinada pela rela o entre a superf cie coberta por nuvens $S_c$ e a superf cie total do planeta $S_t$:

$ \gamma_v =\displaystyle\frac{ S_c }{ S_t }$

o que corresponde a cerca de 42% na Terra.

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Para estimar a varia o da cobertura vis vel, pode-se assumir, em uma primeira aproxima o, uma rela o linear com a varia o do n mero de mols de gua na atmosfera devido ao aumento da temperatura:

$ \delta\gamma_v = c_v \displaystyle\frac{ \delta c }{ c }$

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Em n vel molecular, as mol culas podem oscilar com frequ ncias que dependem de sua geometria. Isso significa que, quando a radia o atravessa um g s composto por mol culas e sua frequ ncia coincide com uma das frequ ncias naturais de oscila o dessas mol culas, a radia o ser absorvida pelo g s. Como resultado, uma parte da radia o que atravessa a atmosfera retida, dando origem cobertura observada nos modelos clim ticos.

Aqui est um v deo hist rico (de 1960) que mostra como as mol culas vibram de acordo com sua geometria:

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A atmosfera cont m v rios gases que podem absorver a radia o que passa por ela. No espectro vis vel, principalmente o vapor de gua, e no espectro infravermelho, s o o di xido de carbono ($CO_2$), o metano ($CH_4$) e o xido nitroso ($N_2O$).

Isso pode ser visualizado graficamente atrav s dos espectros. A linha amarela representa o espectro como emitido: na parte superior, pelo sol (vis vel) e pela terra (infravermelho). A linha vermelha mostra o que resta do espectro ap s ter passado pela atmosfera, destacando claramente as frequ ncias que n o conseguem atravessar devido absor o:

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Da mesma forma, tamb m devem ser consideradas as varia es nos fatores de cobertura infravermelha $\gamma_i$:

$\gamma_{it}=\gamma_i + \delta \gamma_i$

A varia o na cobertura infravermelha ocorre principalmente devido a mudan as nos gases de efeito estufa e no vapor de gua, resultantes de flutua es ambientais. Essas mudan as podem ser resultado de varia es clim ticas naturais e/ou a es humanas.

Os gases de efeito estufa, como di xido de carbono (CO2), metano (CH4) e xido nitroso (N2O), t m a capacidade de absorver e emitir radia o infravermelha, contribuindo para o efeito estufa e o aquecimento global. Atividades humanas, como a queima de combust veis f sseis e o desmatamento, podem aumentar a concentra o desses gases na atmosfera e, portanto, afetar a cobertura infravermelha.

Estudar e compreender essas varia es nos fatores de cobertura infravermelha importante para avaliar seu impacto no clima e no equil brio energ tico da Terra. Isso nos permite tomar medidas adequadas para mitigar os efeitos das mudan as clim ticas e promover pr ticas sustent veis.

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A varia o do fator de cobertura infravermelho (IR) est associada varia o dos gases de efeito estufa. Eles s o medidos em partes por milh o $ppm$ e partes por bilh o $ppb$, calculados a partir da densidade do g s $\rho$ no ar, conforme:

$ppmv =\displaystyle\frac{G s}{10^6 Ar}=\displaystyle\frac{V_n}{M_g}\displaystyle\frac{10^{-6}g,G s}{l,Ar}$

e

$ppbv =\displaystyle\frac{G s}{10^9 Ar}=\displaystyle\frac{V_n}{M_g}\displaystyle\frac{10^{-9}g,G s}{l,Ar}$

Onde $M_g$ a massa molar do g s e $V_n$ o volume nas condi es normais (temperatura $0^{\circ}C$, press o $10^5 Pa$, que corresponde a $22.71108 l$).

Como exemplo, se considerarmos o n vel atual de $CO_2$ (massa molar de $44.0 g/mol$), veremos que a concentra o de $379 ppmv$ (em 2005) corresponde a $0.736 g/l$ de $CO_2$. Para determinar a quantidade de $CO_2$ presente na atmosfera, precisamos saber quantos litros de ar existem. Como a camada teoricamente infinita (cada vez mais dilu da, mas ainda presente), temos um problema ao definir a altura da camada de ar. No entanto, se considerarmos que, pela lei barom trica, a press o diminui conforme:

$p(z) = p_0 e^{M_agz/RT}$

Temos, de forma an loga, para a densidade:

$\rho(z) = \rho_0 e^{M_ag z/RT}$

Se integramos essa equa o em rela o a z, observamos que a quantidade tal que todo o ar se concentraria com densidade da superf cie em uma camada de altura

$z_0 =\displaystyle\frac{RT}{M_ag}= 8001.78m$

a uma temperatura de zero grau Celsius. Em outras palavras, o volume total de $CO_2$ na atmosfera pode ser calculado multiplicando a densidade estimada pelo volume de uma camada de $8001.78 m$ de altura que se estende por todo o planeta. Supondo um raio da Terra de $6370 km$ e uma densidade de $0.736e-3 g/L$, obtemos que a camada de altura $8001.78 m$ tem uma massa de $CO_2$ de $3000 Gt CO_2$.

Como a massa molar do carbono de $12 g/mol$ e a do $CO_2$ de $44.1 g/mol$, a massa de carbono na atmosfera de $3000\cdot 14/44.1$, o que equivale a $817 Gt C$. A rela o entre concentra o e for amento radiativo pode ser obtida na tabela na pr xima p gina. As informa es dos cen rios indicam a quantidade de gases adicionados atmosfera anualmente. Em geral, o for amento radiativo FR est relacionado varia o da temperatura na atmosfera, conforme

$\Delta T = \delta T_b - \delta T_t$

is

$ \Delta T = \lambda FR $

onde $\lambda$ a sensibilidade clim tica que corresponde a $0.8 Km^2/W$. No caso do $CO_2$, podemos considerar o aumento de $13 ppm$ e o for amento radiativo de $1.66 W/m^2$.

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Para obter a cobertura total no infravermelho (NIR), representada como $\delta\gamma_i$, necess rio somar as contribui es de cada g s:

$ \delta\gamma_{i,k} =\displaystyle\frac{ \Delta F_k }{(1- a_a ) I_s }\displaystyle\frac{ \delta c_k }{ c_k }$

onde $\alpha_{ij}$ representa a contribui o do g s $j$ para a cobertura no infravermelho do g s $i$. A soma realizada para todos os gases relevantes.

Portanto, a varia o na cobertura total no infravermelho pode ser calculada usando:

$ \delta\gamma_i =\displaystyle\sum_k \delta\gamma_{i,k} $

Essa equa o fornece a diferen a relativa entre os valores finais e iniciais da cobertura no infravermelho.

importante ressaltar que essas equa es s o uma representa o simplificada dos processos envolvidos no c lculo da cobertura total no infravermelho e sua varia o. Os c lculos reais podem levar em considera o fatores adicionais e complexidades espec ficas do sistema ou cen rio sendo analisado.

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A for a radiativa $\Delta F_k$ para o g s de efeito estufa $k$ contribui com base na radia o que incide no planeta, que igual intensidade de insolamento solar $I_s$ multiplicada por $(1-a_a)$, onde $a_a$ o albedo atmosf rico.

Ao aumentar a concentra o $c_k$ em uma quantidade $\delta c_k$, o aumento do fluxo que incide a partir da atmosfera dado por:

$ \delta\gamma_{i,k} =\displaystyle\frac{ \Delta F_k }{(1- a_a ) I_s }\displaystyle\frac{ \delta c_k }{ c_k }$

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No diagrama, apresentado o for amento radiativo dos principais gases na atmosfera:

Este diagrama ilustra a contribui o relativa dos diferentes gases para o for amento radiativo da atmosfera. Cada g s tem seu pr prio impacto no aquecimento ou resfriamento do sistema clim tico.

Alguns gases, como o di xido de carbono (CO2) e o metano (CH4), s o gases de efeito estufa que ret m o calor na atmosfera e contribuem para o aquecimento global. Outros gases, como o xido nitroso (N2O), tamb m t m um efeito de aquecimento.

Por outro lado, alguns gases, como o di xido de enxofre (SO2) e os aeross is de sulfato, t m um efeito de resfriamento ao refletir a radia o solar e reduzir a quantidade de energia que chega superf cie da Terra.

Compreender a import ncia relativa desses gases no for amento radiativo crucial para avaliar seu impacto nas mudan as clim ticas e para desenvolver estrat gias eficazes de mitiga o.

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No gr fico s o mostradas as for antes radiativas de outros gases e aeross is. Alguns deles contribuem para o resfriamento do planeta:

Essas for antes radiativas representam a influ ncia de diferentes gases e aeross is no balan o energ tico da Terra. Alguns gases, como o di xido de enxofre (SO2) e os aeross is de sulfato, possuem efeitos de resfriamento ao refletir a radia o solar e reduzir a quantidade de radia o que atinge a superf cie terrestre.

importante compreender a contribui o desses gases e aeross is no balan o radiativo global, pois eles t m implica es significativas para o clima e podem influenciar os padr es clim ticos e o aquecimento global. Estudar e avaliar seu impacto nos permite tomar medidas adequadas para lidar com as mudan as clim ticas e buscar solu es sustent veis.

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O gr fico apresenta as proje es das for antes radiativas esperadas nos horizontes de 20 e 100 anos:

Essas proje es representam cen rios potenciais de for antes radiativas no futuro pr ximo e distante. importante ressaltar que essas proje es s o baseadas em modelos e suposi es cient ficas atuais e est o sujeitas a incertezas.

A an lise das for antes radiativas a longo prazo fundamental para compreender os poss veis impactos no clima e no aquecimento global. Esses resultados podem contribuir para informar pol ticas e a es que visem mitigar os efeitos das mudan as clim ticas e promover a sustentabilidade ambiental.

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Uma situa o que ilustra o impacto da cobertura no clima ocorreu durante a proibi o de voos comerciais por tr s dias ap s o ataque s Torres G meas. A aus ncia de voos comerciais por 72 horas resultou em uma diminui o das trilhas de condensa o (contrails), o que, por sua vez, levou a uma mudan a na cobertura de nuvens e redu o das nuvens cirrus.

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