Солнечное излучение - важная метеорологическая переменная, которая служит для определения количества «тепла», которое мы получим от солнца на поверхности земли. Это количество солнечной радиации изменяется из-за изменения климата и удержания парниковых газов.
Солнечное излучение способно нагревать поверхность земли и предметы. (даже наш) с еле греющим воздухом. Кроме того, эта переменная очень важна для оценки работы, которую мы проводим в борьбе с изменением климата. Вы хотите знать все о солнечной радиации?
Солнечное излучение проходит через атмосферу
Находясь на пляже в один из этих жарких летних дней, мы ложимся «на солнышко». По мере того, как мы остаемся в полотенце дольше, мы замечаем, как наше тело нагревается и повышается его температура, пока нам не нужно принять ванну или уйти в тень, потому что мы получаем ожоги. Что здесь произошло, если воздух не ахти? Случилось то, что солнечные лучи прошли через нашу атмосферу и согрели наши тела, почти не нагревая воздух.
Что-то похожее на то, что происходит с нами в этой ситуации, происходит и с Землей: атмосфера почти «прозрачна» для солнечного излучения, но поверхность Земли и другие тела, расположенные на ней, поглощают ее. Энергия, передаваемая Солнцем Земле, известна как лучистая энергия или излучение. Излучение распространяется в пространстве в виде волн, переносящих энергию. В зависимости от количества переносимой ими энергии они классифицируются по электромагнитному спектру. У нас есть самые энергичные волны, такие как гамма-лучи, рентгеновские лучи и ультрафиолет, а также волны с меньшей энергией, такие как инфракрасные, микроволны и радиоволны.
Все тела излучают радиацию
Все тела излучают радиацию в зависимости от их температуры. Это дается Закон Стефана-Больцмана который утверждает, что энергия, излучаемая телом, прямо пропорциональна его температуре в четвертой степени. Вот почему и Солнце, и горящее дерево, и наше собственное тело, и даже кусок льда непрерывно излучают энергию.
Это заставляет нас задать себе вопрос: почему мы можем «видеть» излучение, испускаемое Солнцем или горящим куском дерева, и мы не можем видеть излучение, которое мы излучаем, поверхность Земли или кусок? льда? Также, это во многом зависит от температуры, достигаемой каждым из них, и, следовательно, количество энергии, которое они преимущественно излучают. Чем больше температуры достигают тела, тем большее количество энергии они излучают в своих волнах, и поэтому они будут более заметными.
Солнце имеет температуру 6.000 К и излучает в основном волны видимого диапазона (обычно известные как световые волны), оно также излучает ультрафиолетовое излучение (которое имеет большую энергию и поэтому обжигает нашу кожу при длительных выдержках) и Остальное, что он излучает, - это инфракрасное излучение, которое не воспринимается человеческим глазом. Вот почему мы не можем воспринимать излучение, которое излучает наше тело. Температура тела человека составляет около 37 градусов по Цельсию, а излучение, которое оно излучает, находится в инфракрасном диапазоне.
Как работает солнечное излучение
Конечно, знание того, что тела непрерывно испускают излучение и энергию, вызовет у вас еще один вопрос. Почему, если тела излучают энергию и излучение, они постепенно не остывают? Ответ на этот вопрос прост: хотя они излучают энергию, они также ее поглощают. Есть еще один закон - закон радиационного баланса, который гласит, что объект излучает столько же энергии, сколько поглощает, поэтому они могут поддерживать постоянную температуру.
Таким образом, в нашей системе Земля-атмосфера имеет место ряд процессов, в которых энергия поглощается, излучается и отражается, так что окончательный баланс между излучением, которое достигает верхних слоев атмосферы от Солнца, и тем, что выходит в космическое пространство, равен нулю. Другими словами, средняя годовая температура остается постоянной. Когда солнечная радиация попадает на Землю, большая ее часть поглощается поверхностью Земли. Очень мало падающего излучения поглощается облаками и воздухом. Остальная часть излучения отражается поверхностью, газами, облаками и возвращается в космическое пространство.
Количество излучения, которое отражается телом относительно падающего излучения, известно как «альбедо». Следовательно, можно сказать, что система Земля-атмосфера имеет среднее альбедо 30%. Недавно выпавший снег или некоторые высоко вертикально развитые кучево-дождевые облака имеют альбедо около 90%, в то время как пустыни - около 25%, а океаны - около 10% (они поглощают почти всю радиацию, которая доходит до них).
Как мы измеряем радиацию?
Чтобы измерить солнечное излучение, которое мы получаем в точке, мы используем устройство, называемое пиранометром. Эта секция состоит из датчика, заключенного в прозрачную полусферу, которая пропускает все излучение очень малой длины волны. Этот датчик имеет чередующиеся черные и белые сегменты, которые по-разному поглощают количество излучения. Температурный контраст между этими сегментами откалиброван в соответствии с потоком излучения. (измеряется в ваттах на квадратный метр).
Оценка количества получаемого нами солнечного излучения также может быть получена путем измерения количества часов солнечного света, которые мы имеем. Для этого мы используем инструмент, называемый гелиографом. Он образован стеклянной сферой, ориентированной на географический юг, которая действует как большое увеличительное стекло, концентрируя все получаемое излучение в точке накаливания, которая прожигает специальную бумажную ленту с градуированными часами дня.
Солнечная радиация и усиление парникового эффекта
Ранее мы упоминали, что количество солнечной радиации, поступающей на Землю, и той, которая уходит, одинаково. Это не совсем так, потому что в этом случае средняя глобальная температура на нашей планете составила бы -88 градусов. Нам нужно что-то, что поможет нам сохранять тепло, чтобы иметь такую приятную и пригодную для жизни температуру, которая делает возможной жизнь на планете. Здесь мы вводим парниковый эффект. Когда солнечная радиация попадает на поверхность Земли, она почти наполовину возвращается в атмосферу, чтобы выбросить ее в космическое пространство. Итак, мы заметили, что облака, воздух и остальные компоненты атмосферы поглощают небольшую часть солнечной радиации. Однако этого поглощенного количества недостаточно, чтобы поддерживать стабильную температуру и делать нашу планету пригодной для жизни. Как жить с такими температурами?
Так называемые парниковые газы - это те газы, которые сохраняют часть температуры, испускаемой земной поверхностью, которая возвращается обратно в атмосферу. Парниковые газы: водяной пар, диоксид углерода (CO2), оксиды азота, оксиды серы, метан и т. д. Каждый парниковый газ обладает различной способностью поглощать солнечное излучение. Чем больше у него способности поглощать излучение, тем больше тепла он будет удерживать и не позволит ему вернуться в космос.
На протяжении всей истории человечества концентрация парниковых газов (включая большую часть CO2) возрастала все больше и больше. Рост этого увеличения связан с промышленная революция и сжигание ископаемого топлива в промышленности, энергетике и транспорте. Сжигание ископаемых видов топлива, таких как нефть и уголь, вызывает выбросы CO2 и метана. Эти газы с возрастающей эмиссией заставляют их удерживать большое количество солнечной радиации и не позволяют ей возвращаться в космическое пространство.
Это известно как парниковый эффект. Однако усиление этого эффекта мы называем парниковым. это контрпродуктивно, поскольку то, что мы делаем, все больше и больше увеличивает средние глобальные температуры. Чем больше концентрация этих поглощающих излучение газов в атмосфере, тем больше тепла они будут удерживать и, следовательно, тем выше будет повышаться температура.
Солнечная радиация и изменение климата
Глобальное потепление известно во всем мире. Это повышение температуры из-за сильного удержания солнечной радиации вызывает изменение глобального климата. Это не только означает, что средняя температура на планете повысится, но и изменится климат и все, что с этим связано.
Повышение температуры вызывает дестабилизацию воздушных течений, океанических масс, распределения видов, смены времен года, усиления экстремальных метеорологических явлений (таких как засухи, наводнения, ураганы ...) и т. Д.. Вот почему для стабильного восстановления нашего радиационного баланса мы должны сократить выбросы парниковых газов и восстановить наш климат.