Qual é a importância do ângulo zenital para a distribuição da insolação na Terra?
Passo 1
O enunciado pergunta qual o papel do ângulo zenital do Sol sobre a forma como a energia solar (insolação) se distribui na superfície terrestre. O conteúdo envolve geometria da radiação solar e atenuação atmosférica. Para resolver, vamos usar a lei do cosseno para projeção de irradiância e a variação do caminho óptico na atmosfera.
Passo 2
O ângulo zenital
é o ângulo entre o raio solar e a vertical no ponto de observação. Quando o Sol está no zênite,
e os raios incidem de forma mais direta. A componente da irradiância solar que realmente alcança a superfície é dada por
onde
é a irradiância normal incidente no topo da atmosfera. Logo, quanto maior
, menor o valor de
e menor a irradiância recebida por unidade de área.
Passo 3
Além do fator geométrico,
determina também o caminho que os raios percorrem na atmosfera antes de chegar ao solo. Esse “comprimento óptico” cresce aproximadamente como
; raios rasantes
atravessam muito mais ar, sofrendo maior dispersão e absorção. Isso reduz ainda mais a insolação efetiva no solo para grandes ângulos zenitais.
Passo 4
Na prática,
varia com latitude, hora do dia e estação do ano. Perto do equador o Sol chega quase ao zênite, garantindo valores altos de
e irradiância constante ao longo do ano. Em latitudes elevadas e nos polos,
fica sempre grande e a insolação média cai drasticamente. Além disso, as estações do ano mudam o valor máximo de
diário, explicando as diferenças sazonais de temperatura e insolação.
Resposta
O ângulo zenital é fundamental porque ele controla diretamente (1) o fator geométrico
que projeta a irradiância solar na superfície e (2) o comprimento de atmosfera atravessado pelos raios. Essas duas dependências explicam por que regiões tropicais recebem mais energia e regiões polares muito menos, bem como por que há variações diurnas e sazonais na insolação.