Auringon säteily ja maan Albedo

Lähes kaikki maapallolle saapuvasta energiasta, joka ohjaa erilaisia ​​säätapahtumia, valtameren virtauksia ja ekosysteemien jakautumista, on peräisin auringosta. Tämä voimakas auringonsäteily, sellaisena kuin se tunnetaan fyysisessä maantieteessä, on peräisin auringon ytimestä ja on lopulta lähetetään maan päälle konvektion (energian pystysuuntainen liike) pakottaa sen pois aurinkoa ydin. Auringonsäteilyn saavuttaminen Maahan kestää noin kahdeksan minuuttia, kun se on poistunut auringon pinnalta.

Kun tämä aurinko säteily saapuu maan päälle, sen energia jakautuu epätasaisesti ympäri maailmaa leveysaste. Kun tämä säteily saapuu maan ilmakehään, se osuu lähellä päiväntasaajaa ja kehittää energiaylijäämän. Koska napoihin tulee vähemmän suoraa auringonsäteilyä, ne puolestaan ​​kehittävät energiavajeen. Jotta energia pysyy tasapainossa maapallon pinnalla, päiväntasaajan alueilta tuleva ylimääräinen energia virtaa kohti napoja jakson aikana, joten energia on tasapainossa ympäri maailmaa. Tätä sykliä kutsutaan maan ja ilmakehän energiatasapainoksi.

Kun maapallon ilmapiiri on saanut lyhytaaltoisen auringon säteilyn, energialle viitataan insolaatioksi. Tämä insolaatio on energiansyöttö, joka vastaa erilaisten maan ilmakehän järjestelmien, kuten edellä kuvatun energiatasapainon, mutta myös säätapahtumien, valtameren virtaukset, ja muut maapallon jaksot.

Insolaatio voi olla suoraa tai hajakuormaa. Suora säteily on maan pinnan ja / tai ilmakehän vastaanottamaa auringonsäteilyä, jota ilmakehän sironta ei ole muuttanut. Hajautettu säteily on auringonsäteilyä, jota on muunnettu hajottamalla.

Itse sironta on yksi viidestä reitistä, joita aurinkosäteily voi viedä ilmakehään saapuessaan. Se tapahtuu, kun insolaatio taipuu ja / tai suuntautuu saapuessaan ilmakehään siinä olevan pölyn, kaasun, jään ja vesihöyryn avulla. Jos energiaaallot ovat lyhyemmät aallonpituudet, ne ovat hajallaan enemmän kuin ne, joilla on pidempi aallonpituus. Hajonta ja miten se reagoi aallonpituuden kanssa ovat vastuussa monista ilmapiirissä näkemistä asioista, kuten taivaan sininen väri ja valkoiset pilvet.

Läpäisy on toinen aurinkosäteilyreitti. Se tapahtuu, kun sekä lyhyt- että pitkäaallon energia kulkevat ilmakehän ja veden läpi sironnan sijasta, kun ne ovat vuorovaikutuksessa ilmakehän kaasujen ja muiden hiukkasten kanssa.

Taittuminen voi tapahtua myös auringonsäteilyn saapuessa ilmakehään. Tämä reitti tapahtuu, kun energia liikkuu tyyppitilosta toiseen, kuten ilmasta veteen. Kun energia liikkuu näistä tiloista, se muuttaa nopeutta ja suuntaa reagoidessaan siellä olevien hiukkasten kanssa. Suuntamuutos saa energian taipumaan ja vapauttamaan sen sisällä olevat eri vaaleat värit, samoin kuin mitä tapahtuu, kun valo kulkee kiteen tai prisman läpi.

Imeytyminen on auringon säteilyreittien neljäs tyyppi ja on energian muuntaminen muodosta toiseen. Esimerkiksi, kun vesi absorboi auringonsäteilyä, sen energia siirtyy veteen ja nostaa lämpötilaa. Tämä on yleistä kaikille absorboiville pinnoille puunlehdistä asfaltiin.

Viimeinen aurinkosäteilyreitti on heijastus. Tällöin osa energiasta pomppii suoraan takaisin avaruuteen absorboimatta, taitetuksi, siirretyksi tai hajaantuneeksi. Tärkeä termi, joka muistetaan tutkittaessa auringon säteilyä ja heijastusta, on albedo.

Albedo määritellään pinnan heijastavaksi ominaisuudeksi. Se ilmaistaan ​​prosentteina heijastuneesta insolaatiosta saapuvaan insolaatioon ja nolla prosenttia on kokonaisabsorptio, kun taas 100% on kokonaisheijastus.

Näkyvien värien suhteen tummemmilla väreillä on alempi albedo, ts. Ne absorboivat enemmän insolaatiota ja vaaleammilla väreillä on "korkea albedo" tai suurempi heijastusaste. Esimerkiksi lumi heijastaa 85-90% insolaatiosta, kun taas asfaltti heijastaa vain 5-10%.

Auringon kulma vaikuttaa myös albedo-arvoon ja pienemmät auringonkulmat luovat suuremman heijastuksen, koska matalasta auringonkulmasta tuleva energia ei ole yhtä vahva kuin korkeasta auringon kulmasta tuleva energia. Lisäksi sileillä pinnoilla on korkeampi albedo, kun taas karkeat pinnat vähentävät sitä.

Kuten aurinkosäteily yleensäkin, myös albedon arvot vaihtelevat maapallolla leveysasteella, mutta maan keskimääräinen albedo on noin 31%. Tropiikkien välisillä pinnoilla (23,5 ° N - 23,5 ° S) keskimääräinen albedo on 19-38%. Napoilla se voi olla jopa 80% joillakin alueilla. Tämä johtuu napojen pienemmästä auringonkulmasta, mutta myös tuoreen lumen, jään ja sileän avoimen veden korkeammasta läsnäolosta - kaikki alueet ovat alttiita korkealle heijastusasteelle.

Nykyään albedo on tärkeä huolenaihe ihmisille maailmanlaajuisesti. Kun teollisuustoiminta lisää ilmansaasteita, ilmapiiri itsessään muuttuu heijastavammaksi, koska insoliaation heijastamiseksi on enemmän aerosoleja. Lisäksi maailman suurimpien kaupunkien matala albedo luo joskus kaupunkien lämpösaaret joka vaikuttaa molempiin kaupunkisuunnittelu ja energiankulutus.

Auringonsäteily on löytämässä paikkansa myös uusiutuvien energialähteiden suunnitelmissa - etenkin sähkön aurinkopaneeleissa ja mustissa putkissa veden lämmitykseen. Näiden esineiden tummilla väreillä on vähän albedoja, ja siksi ne absorboivat melkein kaikki niitä säteilevästä auringonsäteilystä, mikä tekee niistä tehokkaita työkaluja auringon voiman hyödyntämiseen maailmanlaajuisesti.

Auringon säteilyn ja albedon tutkimuksesta huolimatta auringon tehokkuus sähköntuotannossa on välttämätöntä ymmärrystä maapallon sääsykleistä, merivirtoista ja eri ekosysteemien sijainneista.