Солнечная радиация и земное альбедо

Почти вся энергия, поступающая на планету Земля и приводящая в движение различные погодные явления, океанические течения и распределение экосистем, исходит от солнца. Это интенсивное солнечное излучение, как оно известно в физической географии, происходит в ядре Солнца и является в конечном итоге отправляется на Землю после конвекции (вертикальное движение энергии) заставляет его от Солнца ядро. Солнечному излучению требуется около восьми минут, чтобы достичь Земли после ухода с поверхности Солнца.

Как только эта солнечная радиация прибывает на Землю, ее энергия распределяется по земному шару неравномерно широта. Когда это излучение попадает в атмосферу Земли, оно падает около экватора и вырабатывает избыток энергии. Поскольку на полюсы поступает менее прямое солнечное излучение, у них, в свою очередь, возникает дефицит энергии. Для поддержания баланса энергии на поверхности Земли избыточная энергия из экваториальных областей в цикле движется к полюсам, поэтому энергия будет сбалансирована по всему земному шару. Этот цикл называется энергетическим балансом Земля-Атмосфера.

Когда атмосфера Земли получает коротковолновую солнечную радиацию, эта энергия называется инсоляцией. Эта инсоляция является источником энергии, ответственной за перемещение различных систем Земля-атмосфера, таких как баланс энергии, описанный выше, но также и за погодные явления, океанические теченияи другие циклы Земли.

Инсоляция может быть прямой или диффузной. Прямое излучение - это солнечное излучение, получаемое земной поверхностью и / или атмосферой, которое не было изменено в результате рассеяния в атмосфере. Рассеянное излучение - это солнечное излучение, которое было изменено рассеиванием.

Рассеяние само по себе является одним из пяти путей, по которым солнечное излучение может пройти при попадании в атмосферу. Это происходит, когда инсоляция отклоняется и / или перенаправляется при попадании в атмосферу пыли, газа, льда и водяного пара, присутствующих там. Если энергетические волны имеют меньшую длину волны, они рассеиваются больше, чем волны с большей длиной волны. Рассеяние и то, как оно реагирует с размером волны, являются причиной многих вещей, которые мы видим в атмосфере, таких как синий цвет неба и белые облака.

Передача - это еще один путь солнечного излучения. Это происходит, когда и коротковолновая, и длинноволновая энергия проходят через атмосферу и воду вместо рассеяния при взаимодействии с газами и другими частицами в атмосфере.

Рефракция также может происходить, когда солнечная радиация попадает в атмосферу. Этот путь происходит, когда энергия перемещается из одного типа пространства в другое, например, из воздуха в воду. Когда энергия движется из этих пространств, она изменяет свою скорость и направление при взаимодействии с присутствующими там частицами. Сдвиг в направлении часто заставляет энергию изгибаться и высвобождать различные световые цвета внутри нее, подобно тому, что происходит, когда свет проходит через кристалл или призму.

Поглощение является четвертым типом пути солнечного излучения и представляет собой преобразование энергии из одной формы в другую. Например, когда солнечная радиация поглощается водой, ее энергия смещается к воде и повышает ее температуру. Это характерно для полностью поглощающих поверхностей от листа дерева до асфальта.

Конечный путь солнечного излучения - это отражение. Это когда часть энергии отскакивает прямо обратно в пространство без поглощения, преломления, передачи или рассеяния. Важным термином, который следует помнить при изучении солнечного излучения и отражения, является альбедо.

Альбедо определяется как отражающее качество поверхности. Он выражается в процентах отраженной инсоляции от входящей инсоляции, и нулевой процент - это общее поглощение, а 100% - полное отражение.

С точки зрения видимых цветов, темные цвета имеют более низкое альбедо, то есть они поглощают больше инсоляции, а более светлые цвета имеют «высокое альбедо» или более высокую степень отражения. Например, снег отражает 85-90% инсоляции, тогда как асфальт отражает только 5-10%.

Угол солнца также влияет на значение альбедо, и более низкие углы солнца создают большее отражение, потому что энергия, приходящая от низкого угла солнца, не так сильна, как энергия, приходящая от большого угла солнца. Кроме того, гладкие поверхности имеют более высокое альбедо, в то время как шероховатые поверхности уменьшают его.

Как и солнечная радиация в целом, значения альбедо также различаются по всему земному шару с широтой, но среднее альбедо Земли составляет около 31%. Для поверхностей между тропиками (от 23,5 ° N до 23,5 ° S) среднее альбедо составляет 19-38%. На полюсах она может достигать 80% в некоторых районах. Это является результатом меньшего солнечного угла, присутствующего на полюсах, но также и более высокого присутствия свежего снега, льда и гладкой открытой воды - все области, подверженные высокому уровню отражательной способности.

Сегодня альбедо является серьезной проблемой для людей во всем мире. По мере того, как промышленная деятельность увеличивает загрязнение воздуха, сама атмосфера становится все более отражающей, поскольку появляется больше аэрозолей для отражения инсоляции. Кроме того, низкий альбедо крупнейших городов мира иногда создает городские острова тепла который влияет на оба планировка городов и потребление энергии.

Солнечная радиация также находит свое место в новых планах по возобновляемым источникам энергии, особенно солнечных панелей для электричества и черных труб для нагрева воды. Темные цвета этих предметов имеют низкий альбедо и поэтому поглощают почти всю солнечную радиацию, поражающую их, что делает их эффективными инструментами для использования солнечной энергии во всем мире.

Независимо от эффективности использования солнечного света в производстве электроэнергии, исследование солнечной радиации и альбедо важно для понимания погодных циклов Земли, океанских течений и местоположения различных экосистем.