AP514 - Tema 2

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AP514 - Tema 2
AS029 - 2014
Tema 5
J.Zullo Jr.
AS029 – Geociências e Ambiente (Geoprocessamento)
Jurandir Zullo Junior
(Observações:1) Este texto foi preparado com objetivo de auxiliar os participantes do curso AS029
em 2014, no estudo dos assuntos desenvolvidos em aula, sendo vedada toda e qualquer outra
utilização sem autorização do auto; 2) Figuras geradas a partir da digitalização dos desenhos
feitos manualmente em aula pela Dra.Renata Ribeiro do Valle Gonçalves.)
Tema 5 - Tempo
Tópicos: (1) Dia Sideral, (2) Dia Solar, (3) Hora Solar Verdadeira Local, (4) Ângulo Horário Local,
(5) Hora Média Local, (6) Hora Média de Greenwich, (7) Equação do Tempo, (8) Hora Padrão
Local, (9) Extra - Constante Solar
1. Dia sideral: É o intervalo de tempo entre duas passagens consecutivas de uma estrela no
meridiano de um local. É o intervalo de tempo necessário para a Terra rodar uma vez em torno do
seu eixo com relação a estrelas distantes. Em relação a um referencial fixo, a Terra faz uma volta
em torno dela mesma em “23h 56min 04s”. Devido ao seu deslocamento na órbita em torno do Sol,
a Terra faz mais que uma volta entre duas passagens consecutivas do Sol no meridiano local.
2. Dia solar: É o intervalo de tempo entre duas passagens consecutivas do sol no meridiano de um
local. A rotação suplementar de “3min 56s”, que corresponde a um ângulo de 360°/365,25dias
(0,9856°/dia ≡ 0,0657h/dia ≡ 3min 56s), deve-se ao movimento de translação da Terra em torno do
Sol. O dia solar não é constante durante o ano por causa da forma elíptica da órbita da Terra em
torno do Sol e, também, devido à inclinação do eixo de rotação. Isto faz com que o Sol real passe no
meridiano local mais cedo ou mais tarde que o Sol médio fictício.
Figura 1. Dia Sideral e Dia Solar
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3. Hora Solar Verdadeira Local (TST - Local True Solar Time ou HSL – Hora Solar Local): É
definida através da posição do Sol real, sendo que o meio-dia no horário solar verdadeiro local
corresponde à passagem do Sol real no meridiano do observador. O Sol real passa no meridiano
local mais cedo ou mais tarde que o Sol médio, dependendo da época do ano.
4. Ângulo Horário do Sol (H): É o ângulo entre o plano do meridiano que contém o Sol e o plano
do meridiano local. Este ângulo é nulo (0°) na passagem do Sol pelo meridiano local e varia de 15°
a cada hora, podendo ser calculada pela equação seguinte:
H = 15.(TST - 12)
(1)
com H em graus (negativo no período da manhã e positivo no período da tarde) e TST em horas.
5. Hora Média Local (LMT - Local Mean Time): É definida para fins práticos, utilizando-se um
Sol médio fictício e um "dia solar médio" dividido em 24 h. O meio-dia no horário médio local
corresponde à passagem do Sol médio fictício no meridiano local. Como 24 horas correspondem à
rotação de 360° da Terra, a hora média local (LMT) aumenta de 1 hora a cada 15° de longitude este
ou 4 min a cada 1° de longitude este.
6. Hora Média de Greenwich (GMT - Greenwich mean time), Hora universal (UT - Universal
Time) ou Hora Zulu (Z): É a hora média local (LMT) no meridiano de Greenwich.
7. Equação do Tempo (ET): é a diferença entre a hora solar verdadeira local (TST) e a hora média
local (LMT), e varia de ± 15min, sendo calculada através da fórmula seguinte:
ET = TST – LMT
(2)
ET = 9,87.sen(2B) - 7,53.cos(B) - 1,50.sen(B)
(3)
B = 360.(J-81)/364
(4)
onde,
e
sendo, J o dia do ano.
Exemplo: Se J = 103 então B = 21,76 e ET = -0,75 min.
Figura 2. Equação do Tempo
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8. Hora Padrão Local (LST - local standard time) ou Hora Civil Local (HCL) ou Hora Legal: É
a hora dada pelo relógio sendo, em princípio, a LMT (hora média local) no meridiano padrão
(distante por um valor inteiro múltiplo de 15° do Meridiano de Greenwich) e difere por um valor
inteiro de horas da UT ou GMT ou Z. Atenção especial deve ser dada durante o horário de verão.
Valores da Longitude Padrão (LP) no Brasil:
LP = -30° - Ilhas - Fernando de Noronha, Trindade, Martim Vaz, Atol das Rocas, Penedos
de São Pedro e São Paulo;
LP = -45° - Nordeste, Sudeste, Sul, Tocantins, Goiás, Amapá e Pará;
LP = -60° - Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Rondônia, Acre, Amazonas, Roraima;
Formalmente, têm-se as equações seguintes para a definição da Hora Civil Local (LST), em
horas (Equação 6) ou minutos (Equação 5):
LST [min] = HCL [min] = LMTMeridiano Padrão = GMT [min] + 4.LP [°]
(5)
LST [h] = HCL [h] = LMTMeridiano Padrão = GMT [h] + LP [°]/15
(6)
ou
A partir da definição de Longitude Padrão (LP), pode-se calcular a LMTMeridiano Local utilizando a
equação seguinte:
LMTMeridiano Local = LMTMeridiano Padrão - 4.(LP – LL)
(7)
onde, LP é a Longitude Padrão e LL é a Longitude Local.
Logo, a partir das duas equações anteriores (6 e 7), a LMTMeridiano Local é dada pela equação:
LMTMeridiano Local = (GMT + 4.LP) – 4.(LP – LL) = HCL – 4.(LP – LL)
(8)
Da Equação do Tempo (ET), tem-se que
ET = TST – LMTMeridiano Local
(9)
TST = ET + LMTMeridiano Local
(10)
Logo,
Então, das duas equações anteriores (10 e 8), conclui-se que a Hora Solar Verdadeira Local (TST
ou HSL) é definida pela equação seguinte:
TST = ET + (UT + 4.LP) – 4.(LP – LL) = ET + HCL – 4.(LP – LL)
(11)
ou seja,
TST = HCL + ET – 4.(LP – LL)
(12)
Exemplo: LST (HCL) = 600 min; ET = -4,97 min; TST (HSL) = 600 - 5 - 8 = - 587 min = 9h47
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9. Extra - Constante Solar
As medidas mais recentes efetuadas por satélite são de 1367W/m2 (variando entre 1350 e 1400
W/m2) que corresponde à emissão de um corpo negro a 5.777K.
Varia ligeiramente em função da atividade solar que segue o período de 11 anos.
Trata-se de um dado importante no cálculo do balanço de energia da Terra.
Medidas feitas através de balões, aeronaves, foguetes e satélites
Objetivo: evitar os problemas relacionados à transmissão atmosférica
1962 a 1969 - balões entre 28 e 40km e aeronaves entre 12 e 13km
1968 - primeiro experimento espacial utilizando foguete a 80km
1969 - satélites Mariner VI e VII
anos 60 - constante solar = 1367W/m2
Objetivo: medidas com precisão de no mínimo 0,1% em várias décadas para aplicações
climáticas, ou seja, interações climáticas entre o Sol e a Terra e Análise da Física Solar
Programas:
A. SMM (Solar Maximum Mission)
Programa de monitoramento solar desde o final dos anos 70
Contém três radiômetros de cavidade ativos, auto-calibráveis e independentes (ACRIM - Active
Radiometer Irradiance Monitor)
Está no Upper Atmosphere Research Satellite (UARS) desde setembro/91 e o Earth Observing
System (EOS) deve incluí-lo
Página recomendada: http://www.ngdc.noaa.gov/stp/SOLAR/IRRADIANCE/uars.html
Página recomendada: http://acrim.jpl.nasa.gov/
B. Earth Radiation Budget (ERB) no Nimbus 7
Programas de Balanço de Energia na Terra (Earth Radiation Budget Programs)
O Sol é observado durante 44 s a cada 104 minutos de órbita desde 1978
Página recomendada: http://www.ngdc.noaa.gov/stp/SOLAR/IRRADIANCE/nimbus.html
C. Earth Radiation Budget Experiment (ERBE)
Programas de Balanço de Energia na Terra (Earth Radiation Budget Programs)
ERBS - Earth Radiation Budget Satellite
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Página recomendada: http://www.ngdc.noaa.gov/stp/SOLAR/IRRADIANCE/erbs.html
NOAA Polar Satellites
Instrumentos: SMM/ACRIM, ERB, ERBE/ERBS, ERBE/NOAA9
Variações da constante solar
- Muitos ruídos que dificultam a exibição de possíveis variações pequenas
- Escala de minutos a horas: variação de centésimos da porcentagem devido a fatores fotosféricos e
também às oscilações da pressão solar
Conclusão até o momento: Segue o ciclo solar com valores aproximadamente 0,1% menores (1,4
W/m2) durante o período de menor atividade que próximo à máxima atividade.
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Roteiro de Estudos
1. Compare as definições de Dia Sideral e Dia Solar.
2. Compare as definições de Hora Solar Verdadeira Local e Hora Média Local e defina o que é
a Equação do Tempo.
3. Compare as definições de Hora Universal e Hora Padrão Local.
4. Que horário marcava o relógio do estudante no exato momento da passagem do satélite sobre a
área teste no Exercício 8 do 4º Roteiro de Estudos ?
5. Qual a Hora Solar Verdadeira de passagem do satélite sobre o sítio-teste sabendo que o
relógio do estudante marcava 9:35h neste exato momento, no Exercício 9 do 4º Roteiro de
Estudos ?
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