Maan säteilybudjetti

Muutos auringon altistuksessa ajan myötä

Maapallon säteily budjetti on tärkein komponentti maapallon energia budjetin . Säteilytasapainon suuralueella kotitalouksien eri koot ovat laskennallisesti tasapainotettu yhtälössä, kun taas säteilybudjetti kuvaa ne ja osoittaa niiden keskinäiset suhteet.

Säteilyn tasapaino

Esimerkki mallilaskelmasta vuodelle 2009 maan keskimääräiselle vuotuiselle säteilytaseelle maaliskuusta 2000 toukokuuhun 2004. Laskelmat tehtiin osittain satelliittitietojen ( CERES ) ja osittain oletusten ( hypoteesien ) perusteella. . Leveiden nuolien leveys osoittaa energian virtauksen osuudet. Myöhemmässä mallilaskelmassa vuodelta 2013 energian ylijäämä oli 0,6 W / m² epävarmuusalueella 0,2 - 1,0 W / m².

Tuleva aurinkosäteily on (pääosin) lyhytaaltoista, minkä vuoksi tätä kaavaa kutsutaan myös lyhytaaltosäteilyn tasapainoksi ( ): ${\ displaystyle Q _ {\ mathrm {k}}}$

{\ displaystyle Q _ {\ mathrm {k}} = GR = D + HR = (1-a) G}

Kanssa

${\ displaystyle G}$ = Globaali säteily
${\ displaystyle D}$ = suora säteily
${\ displaystyle H}$ = diffuusi säteily (taivassäteily)
${\ displaystyle R}$ = Heijastunut säteily ( otsonikerroksen vaikutus jne.)
${\ displaystyle a}$ = Albedo

Maan pinnalla lähettää lämpösäteilyn ( infrapuna ). Koska tämä säteily on pitkäaalloista, tämä kaava tunnetaan myös nimellä pitkäaaltosäteilyn tasapaino ( ): ${\ displaystyle Q _ {\ mathrm {l}}}$

{\ displaystyle Q _ {\ mathrm {l}} = A _ {\ mathrm {E}} = A _ {\ mathrm {O}} -A _ {\ mathrm {G}}}

Kanssa

${\ displaystyle A _ {\ mathrm {E}}}$ = tehokas karisma
${\ displaystyle A _ {\ mathrm {O}}}$ = Maanpinnan säteily (maanpäällinen säteily)
${\ displaystyle A _ {\ mathrm {G}}}$ = Vastasäteily ( ilmakehän kaasujen , aerosolien ja pilvien vaikutus )

Alkaen kahden menettelyn säteilyn absorption ja säteilyn lähtö, eli voiton ja tappion, se voidaan nyt määrittää, kuinka paljon on käytettävissä yhteensä ( yhteensä säteily tasapaino ( ), netto säteily ): ${\ displaystyle Q}$

{\ displaystyle Q = Q _ {\ mathrm {k}} -Q _ {\ mathrm {l}} = GR-A _ {\ mathrm {E}}}

Tapahtuva lyhytaaltoinen auringon säteily	+342 wattia / m ²
Heijastunut auringon säteily	−107 wattia / m ²
Lähetetty pitkäaaltosäteily	−235 wattia / m ²
Tasapaino (tehollinen energia - "panos")	= ± 0 wattia / m ²

Säteilyn tasapainon kokonaisarvo

Efektiivinen energiatase on melkein nolla, koska sen on tasattava taso pitkällä aikavälillä, edellyttäen, että astrofyysiset puiteolosuhteet ovat vakaat ( suljettujen järjestelmien ensimmäinen termodynamiikan laki ), ja siksi - geologisessa mittakaavassa - johtaa ilmasto (maailman keskilämpötila). Se, että se ei ole täsmälleen nolla, on välttämätöntä ilmastonmuutokselle yleensä ja nimenomaan tämän päivän ilmaston lämpenemiselle .

Energia koko auringon osuvan säteilyn maan ilmakehän yläpuolella on n. 341,3 W / m. Tämä arvo lasketaan aurinkovakiosta , joka on keskimäärin noin 1367 W / m² ajan mittaan, ja siinä otetaan myös huomioon, että maan pinta altistuu matemaattisesti auringon säteilylle vain 1/4 päivästä sen pallomainen muoto ja kierto.

Säteilybudjetti

Maapallon ilmakehän aurinkosäteily on stratosfäärissä kasvihuonekaasuja (erityisesti otsonia) pilvisyyden ja ilman hapen ( Rayleigh-sironta ) ja maaperän (erityisesti lumen ja veden) vuoksi 30%: iin (101,9 W / m²) heijastuu suoraan avaruuteen, mikä vastaa albedoa 0,30. Loput 239,4 W / m² absorboituu eri tavoin: noin 20% ilmakehästä ja 50% maan pinnasta, jossa se muuttuu lämmöksi. Tämä lämpö annetaan takaisin ilmaan kirjekuori sääntöjen mukaisesti ja lämmön johtuminen kautta lämpösäteilyä ja konvektion . Jos tämä energia säteilettäisiin esteettömästi avaruuteen ja jos mitään uutta aurinkosäteilyä ei lisätä samanaikaisesti, maanpinnan keskilämpötila laskettaisiin -18 ° C: een, kun taas arviot ovat tosiasiallisesti noin +14.8 ° C.

32,8 ° C: n ero selittää pääasiassa kasvihuoneilmiön . Ilmakehän niin sanotut kasvihuonekaasut (erityisesti vesihöyry ja hiilidioksidi ) absorboivat maasta lähtevää pitkän aallon lämpösäteilyä ja lähettävät sitä uudelleen kaikkiin suuntiin, myös kohti maan pintaa. Tämän seurauksena vain osa maanpinnan lähettämästä säteilyenergiasta saavuttaa avaruuden suoraan, joten ilmakehästä heijastuminen heikentää maan pinnan jäähdytystä.

Nämä luvut koskevat vain koko maata. Paikallisesti ja alueellisesti olosuhteet riippuvat lukuisista tekijöistä:

alkaen albedo maapallon pinnasta - (esim. lumi 40-90%, desert 20-45%, metsä 5-20%)
edellä mainitusta auringon säteiden tulokulmasta ja niiden vaikutuksen kestosta
pilviä ja kosteutta
lämmönsiirto tuulen , ilman kerrostumisen, valtamerien virtausten jne.
veden läheisyydestä
altistuminen ja korkeus (negatiivinen lämpötilagradientti troposfäärissä)

Joitakin näistä tekijöistä voidaan mallintaa, mutta tämä ei koske kaikkia tekijöitä, kuten vuorten vaimentavia vaikutuksia tai matalapaineisten alueiden epäsäännöllistä liikettä . Hyvien ennusteiden saavuttamiseksi meteorologia vaatii valtavan laskentatehon lisäksi myös tiheän mitattujen arvojen ruudukon kaikissa ilmakerroksissa, jolla on käytännössä rajat.

Katso myös

nettilinkit

Yksittäiset todisteet

↑ Kevin E. Trenberth , John T. Fasullo, Jeffrey Kiehl: Maapallon globaali energiabudjetti . Julkaisussa: Bulletin of the American Meteorological Society . nauha 90 , ei. 3 , 2009, s. 311-324 , doi : 10.1175 / 2008BAMS2634.1 . , Kuva 1, s.314.
↑ Martin Wild, Doris Folini, Christoph Schär, Norman Loeb, Ellsworth G.Dutton, Gert König-Langlo: Globaali energiatasapaino pinnan näkökulmasta. Julkaisussa: Climate Dynamics. 40, 2013, s. 3107, doi : 10.1007 / s00382-012-1569-8 , kuva 1, s. 3108, PDF .
↑ J. Lean, P. Pilewskie, T. Woods, V. George: SORCE : lla on 4. vuotuinen tiedetiimikokous. (PDF; 7,6 Mt). Julkaisussa: Maan tarkkailija. Marraskuu - joulukuu 2006. Nide 18, numero 6. Grafiikka s. 38.
↑ Veerabhadran Ramanathan ym.: Pilvisäteilyn pakottaminen ja ilmasto: Tulokset Maan säteilybudjettikokeesta . Julkaisussa: Science . 243, nro 4887, 1989, sivut 57-63. raamatunkoodi : 1989Sci ... 243 ... 57R . doi : 10.1126 / tiede . 243.4887.57 . PMID 17780422 .

[1] Kevin E. Trenberth , John T. Fasullo, Jeffrey Kiehl: Maapallon globaali energiabudjetti . Julkaisussa: Bulletin of the American Meteorological Society . nauha 90 , ei. 3 , 2009, s. 311-324 , doi : 10.1175 / 2008BAMS2634.1 . , Kuva 1, s.314.

[DOI10.1007/s00382-012-1569-8-2] Martin Wild, Doris Folini, Christoph Schär, Norman Loeb, Ellsworth G.Dutton, Gert König-Langlo: Globaali energiatasapaino pinnan näkökulmasta. Julkaisussa: Climate Dynamics. 40, 2013, s. 3107, doi : 10.1007 / s00382-012-1569-8 , kuva 1, s. 3108, PDF .

[3] J. Lean, P. Pilewskie, T. Woods, V. George: SORCE : lla on 4. vuotuinen tiedetiimikokous. (PDF; 7,6 Mt). Julkaisussa: Maan tarkkailija. Marraskuu - joulukuu 2006. Nide 18, numero 6. Grafiikka s. 38.

[4] Veerabhadran Ramanathan ym.: Pilvisäteilyn pakottaminen ja ilmasto: Tulokset Maan säteilybudjettikokeesta . Julkaisussa: Science . 243, nro 4887, 1989, sivut 57-63. raamatunkoodi : 1989Sci ... 243 ... 57R . doi : 10.1126 / tiede . 243.4887.57 . PMID 17780422 .

Languages