Promieniowanie słoneczne i ziemskie Albedo

Prawie cała energia przybywająca na Ziemię i napędzająca różne wydarzenia pogodowe, prądy oceaniczne i rozmieszczenie ekosystemów pochodzi ze Słońca. To intensywne promieniowanie słoneczne, znane w geografii fizycznej, powstaje w jądrze Słońca i jest ostatecznie wysłany na Ziemię po konwekcji (pionowy ruch energii) odsuwa ją od Słońca rdzeń. Promieniowanie słoneczne dociera do Ziemi po około ośmiu minutach po opuszczeniu powierzchni Słońca.

Gdy to promieniowanie słoneczne dociera na Ziemię, jego energia rozkłada się nierównomiernie na całym świecie szerokość. Gdy promieniowanie to wchodzi w atmosferę Ziemi, uderza w pobliżu równika i wytwarza nadwyżkę energii. Ponieważ mniej bezpośrednie promieniowanie słoneczne dociera do biegunów, z kolei powodują deficyt energii. Aby utrzymać równowagę energii na powierzchni Ziemi, nadmiar energii z regionów równikowych przepływa w kierunku biegunów w cyklu, aby energia była zrównoważona na całym świecie. Cykl ten nazywa się bilansem energii Ziemia-Atmosfera.

Gdy ziemska atmosfera otrzyma krótkofalowe promieniowanie słoneczne, energię określa się jako nasłonecznienie. To nasłonecznienie jest nakładem energii odpowiedzialnym za poruszanie różnymi systemami atmosfery ziemskiej, takimi jak opisany powyżej bilans energetyczny, ale także zdarzenia pogodowe, prądy oceanicznei inne cykle ziemskie.

Nasłonecznienie może być bezpośrednie lub rozproszone. Promieniowanie bezpośrednie to promieniowanie słoneczne odbierane przez powierzchnię Ziemi i / lub atmosferę, które nie zostało zmienione przez rozproszenie atmosferyczne. Promieniowanie rozproszone to promieniowanie słoneczne, które zostało zmodyfikowane przez rozproszenie.

Rozpraszanie samo w sobie jest jedną z pięciu ścieżek, jakie może przebiegać promieniowanie słoneczne po wejściu do atmosfery. Występuje, gdy nasłonecznienie jest odchylane i / lub przekierowywane po wejściu do atmosfery przez kurz, gaz, lód i parę wodną. Jeśli fale energii mają krótszą długość fali, rozpraszają się one bardziej niż fale o większej długości fali. Rozpraszanie i jego reakcja z rozmiarem długości fali są odpowiedzialne za wiele rzeczy, które widzimy w atmosferze, takie jak niebieski kolor nieba i białe chmury.

Transmisja to kolejna ścieżka promieniowania słonecznego. Występuje, gdy zarówno energia krótkofalowa, jak i długofalowa przechodzą przez atmosferę i wodę zamiast rozpraszać się podczas interakcji z gazami i innymi cząsteczkami w atmosferze.

Refrakcja może również wystąpić, gdy promieniowanie słoneczne dostanie się do atmosfery. Ta ścieżka ma miejsce, gdy energia przemieszcza się z jednego rodzaju przestrzeni do drugiej, na przykład z powietrza do wody. Gdy energia porusza się z tych przestrzeni, zmienia swoją prędkość i kierunek podczas reakcji z obecnymi tam cząsteczkami. Zmiana kierunku często powoduje zginanie i uwalnianie energii w różnych kolorach światła, podobnie jak dzieje się, gdy światło przechodzi przez kryształ lub pryzmat.

Absorpcja jest czwartym rodzajem ścieżki promieniowania słonecznego i jest konwersją energii z jednej formy do drugiej. Na przykład, gdy promieniowanie słoneczne jest pochłaniane przez wodę, jego energia przesuwa się do wody i podnosi jej temperaturę. Jest to powszechne w przypadku wszystkich absorbujących powierzchni, od liści drzewa po asfalt.

Ostateczna ścieżka promieniowania słonecznego jest odbiciem. Dzieje się tak, gdy część energii odbija się bezpośrednio w kosmos bez wchłaniania, załamywania, przekazywania lub rozpraszania. Ważnym terminem, o którym należy pamiętać podczas badania promieniowania słonecznego i odbicia, jest albedo.

Albedo jest definiowane jako odblaskowa jakość powierzchni. Jest on wyrażony jako procent odbitego nasłonecznienia do przychodzącego nasłonecznienia, a zero procent to całkowite pochłanianie, a 100% to całkowite odbicie.

Pod względem kolorów widocznych ciemniejsze kolory mają niższe albedo, to znaczy pochłaniają więcej nasłonecznienia, a jaśniejsze kolory mają „wysokie albedo” lub wyższe współczynniki odbicia. Na przykład śnieg odzwierciedla 85-90% nasłonecznienia, podczas gdy asfalt odzwierciedla tylko 5-10%.

Kąt słońca wpływa również na wartość albedo, a niższe kąty słońca powodują większe odbicie, ponieważ energia pochodząca z niskiego kąta słonecznego nie jest tak silna, jak energia pochodząca z wysokiego kąta słonecznego. Dodatkowo, gładkie powierzchnie mają wyższe albedo, podczas gdy szorstkie powierzchnie to zmniejszają.

Podobnie jak promieniowanie słoneczne, wartości albedo również różnią się na całym świecie wraz z szerokością geograficzną, ale średnie albedo na Ziemi wynosi około 31%. Dla powierzchni między tropikami (23,5 ° N do 23,5 ° S) średnie albedo wynosi 19-38%. Na biegunach może wynosić nawet 80% w niektórych obszarach. Jest to wynik niższego kąta padania promieni słonecznych na słupy, ale także wyższej obecności świeżego śniegu, lodu i gładkiej otwartej wody - wszystkie obszary podatne na wysoki współczynnik odbicia.

Dzisiaj albedo stanowi poważny problem dla ludzi na całym świecie. Ponieważ działalność przemysłowa zwiększa zanieczyszczenie powietrza, sama atmosfera staje się coraz bardziej refleksyjna, ponieważ jest więcej aerozoli do odzwierciedlenia nasłonecznienia. Ponadto czasami tworzy się niskie albedo największych miast świata miejskie wyspy ciepła co wpływa na oba planowanie miasta i zużycie energii.

Promieniowanie słoneczne znajduje również swoje miejsce w nowych planach dotyczących energii odnawialnej - przede wszystkim paneli słonecznych do elektryczności i czarnych rur do podgrzewania wody. Ciemne kolory tych przedmiotów mają niskie albedo i dlatego pochłaniają prawie całe promieniowanie słoneczne, które je uderza, co czyni je skutecznymi narzędziami do wykorzystania siły słońca na całym świecie.

Niezależnie od wydajności Słońca w wytwarzaniu elektryczności, badania nad promieniowaniem słonecznym i albedo są niezbędne do zrozumienia cykli pogodowych Ziemi, prądów oceanicznych i lokalizacji różnych ekosystemów.