Efeito das nuvens no balanço de radiação em superfície na megacidade de São Paulo

Resumo

As nuvens têm papel fundamental no clima terrestre. Além de participarem do ciclo hidrológico, interagem significativamente tanto com a radiação solar, modulando a quantidade incidente em superfície, quanto com a radiação infravermelha emitida por esta, para a atmosfera. No espectro solar, as nuvens espalham e absorvem radiação, atenuando a quantidade de radiação solar incidente em superfície. No espectro terrestre, as nuvens absorvem e emitem radiação. A estrutura tridimensional e não homogênea das nuvens gera efeitos complexos de difícil representação em modelos numéricos de previsão de tempo e clima. Por exemplo, o espalhamento da radiação solar pelas laterais das nuvens, em condições de céu parcialmente nublado, quando o disco solar não está obstruído, pode intensificar a quantidade de radiação solar em superfície. O resultado é um aquecimento diferencial da superfície com consequências ao próprio desenvolvimento das nuvens. O estudo da transferência de radiação com tratamento tridimensional na presença de nuvens, em detrimento dos modelos de atmosfera plano-paralela, é um tópico atual de pesquisa tanto no espectro solar quanto no terrestre. A complexidade envolvida no processo de interação entre as nuvens e a radiação nos dois espectros representa um dos principais desafios e fonte de incerteza para a compreensão e, consequentemente, simulação numérica dos efeitos das nuvens no sistema climático.Para avançar a nossa compreensão sobre o papel das nuvens no balanço de radiação é fundamental medir tanto os quatro componentes do balanço de radiação, como as propriedades das nuvens que são essenciais para avaliar seu efeito radiativo. No espectro solar, as grandezas críticas são a profundidade óptica, raio efetivo e quantidade de água ou gelo da nuvem. No espectro terrestre, também é necessário conhecer a altura da base da nuvem, pois a irradiância emitida em direção à superfície depende da temperatura da base.Os objetivos principais desta proposta são: (1) calcular o balanço de radiação em superfície, integrando todos os componentes, sobre a cidade de São Paulo em alta resolução temporal e (2) avaliar o efeito das nuvens sobre os componentes do balanço de radiação, experimentalmente e numericamente (via modelos numéricos), incluindo o efeito tridimensional. Para tanto, as observações rotineiramente efetuadas na Estação Meteorológica do IAG-USP serão complementadas com duas all sky câmeras para determinação da altura da base da nuvem, monitoramento inexistente na estação. Espera-se, ao final do projeto, uma melhor caracterização das propriedades ópticas e físicas das nuvens, em São Paulo, e seu efeito tridimensional nos diferentes componentes do balanço de radiação, além do avanço na compreensão do papel das nuvens no clima regional. Os resultados gerados pelo estudo proposto poderão ser utilizados para validação de produtos de satélites e dos modelos numéricos de previsão de tempo, clima e do potencial para uso da energia solar na região metropolitana de São Paulo. (AU)