Solstrålning är en viktig meteorologisk variabel som tjänar till att bestämma mängden "värme" som vi kommer att få från solen på jordytan. Denna mängd solstrålning förändras av klimatförändringar och kvarhållande av växthusgaser.
Solstrålning kan värma markytan och föremålen (även vår) med knappt uppvärmning av luften. Dessutom är denna variabel mycket viktig för att kunna bedöma det arbete vi gör i kampen mot klimatförändringar. Vill du veta allt om solstrålning?
Solstrålning passerar genom atmosfären
När vi är på stranden en av dessa varma sommardagar, ligger vi ner "mot solen." När vi stannar längre i handduken märker vi hur vår kropp värms upp och ökar temperaturen tills vi behöver bada eller komma i skuggan eftersom vi blir brända. Vad har hänt här om luften inte är så varm? Vad som har hänt är det solens strålar har passerat genom vår atmosfär och har värmt vår kropp utan att knappt värma upp luften.
Något som liknar vad som händer oss i denna situation är vad som händer med jorden: Atmosfären är nästan "transparent" för solstrålning, men jordytan och andra kroppar på den absorberar den. Den energi som solen överför till jorden är så kallad strålningsenergi eller strålning. Strålning färdas genom rymden i form av vågor som bär energi. Beroende på mängden energi de bär, klassificeras de längs det elektromagnetiska spektrumet. Vi har de mest energiska vågorna som gammastrålar, röntgenstrålar och ultraviolett, liksom de med mindre energi som infraröd, mikrovågsugn och radiovågor.
Alla kroppar avger strålning
Alla kroppar avger strålning baserat på deras temperatur. Detta ges av Stefan-Boltzmann lag som säger att den energi som emitteras av en kropp är direkt proportionell mot den fjärde effekten av dess temperatur. Det är därför både solen, en brinnande träbit, vår egen kropp och till och med en isbit utstrålar kontinuerligt energi.
Detta får oss att ställa oss själva en fråga: varför kan vi "se" den strålning som sänds ut av solen eller den brinnande träbiten och vi kan inte se den som släpps ut av oss, jordens yta eller biten av is? Också, detta beror till stor del på temperaturen som uppnås av var och en av democh därför mängden energi som de huvudsakligen avger. Ju mer temperatur kropparna når, desto större mängd energi släpper de ut i sina vågor, och det är därför de blir mer synliga.
Solen har en temperatur på 6.000 K och avger strålning huvudsakligen i synliga vågor (allmänt känd som ljusvågor), den avger också ultraviolett strålning (som har mer energi och det är därför det bränner vår hud vid långa exponeringar) och Resten det avger är infraröd strålning som inte uppfattas av det mänskliga ögat. Det är därför vi inte kan uppfatta den strålning som vår kropp avger. Människokroppen är vid cirka 37 grader Celsius och strålningen den avger är i infraröd.
Hur solstrålning fungerar
Att veta att kroppar kontinuerligt avger strålning och energi kommer säkert att föra en ny fråga till ditt huvud. Varför svalnar de inte gradvis om kroppar avger energi och strålning? Svaret på denna fråga är enkelt: medan de avger energi absorberar de också den. Det finns en annan lag, som är strålningsbalansen, som säger att ett objekt avger samma mängd energi som det absorberar, det är därför de kan hålla en konstant temperatur.
Således sker i vårt jordatmosfärssystem en serie processer där energi absorberas, emitteras och reflekteras, så att den slutliga balansen mellan strålningen som når toppen av atmosfären från solen och den som går ut i yttre rymden är noll. Med andra ord förblir den genomsnittliga årstemperaturen konstant. När solstrålning kommer in i jorden absorberas det mesta av jordens yta. Mycket lite av den infallande strålningen absorberas av moln och luft. Resten av strålningen reflekteras av ytan, gaser, moln och återförs till yttre rymden.
Mängden strålning som reflekteras av en kropp med avseende på infallande strålning kallas 'albedo'. Därför kan vi säga det jordatmosfärssystemet har en genomsnittlig albedo på 30%. Nyfallet snö eller någon mycket vertikalt utvecklad cumulonimbus har en albedo nära 90%, medan öknar har cirka 25% och haven cirka 10% (de absorberar nästan all strålning som når dem).
Hur mäter vi strålning?
För att mäta solstrålningen som vi får vid en punkt använder vi en enhet som kallas en pyranometer. Detta avsnitt består av en sensor innesluten i en transparent halvklot som överför all strålning med en mycket liten våglängd. Denna sensor har alternerande svarta och vita segment som absorberar mängden strålning på ett annat sätt. Temperaturkontrasten mellan dessa segment är kalibrerad enligt strålningsflödet (mätt i watt per kvadratmeter).
En uppskattning av mängden solstrålning vi får kan också erhållas genom att mäta antalet soltimmar vi har. För att göra detta använder vi ett instrument som kallas heliograf. Detta bildas av en glassfär orienterad mot den geografiska södern, som fungerar som ett stort förstoringsglas och koncentrerar all strålning som mottas i en glödande punkt som bränner ett speciellt papperstejp graderat med dagens timmar.
Solstrålning och ökad växthuseffekt
Tidigare nämnde vi att mängden solstrålning som kommer in i jorden och den som lämnar är densamma. Detta är inte helt sant, för i så fall skulle den globala medeltemperaturen på vår planet vara -88 grader. Vi behöver något som hjälper oss att behålla värmen för att kunna ha en så behaglig och beboelig temperatur som gör livet möjligt på planeten. Det är där vi introducerar växthuseffekten. När solstrålning träffar jordens yta återvänder den nästan hälften tillbaka till atmosfären för att utvisa den i yttre rymden. Vi har kommenterat att moln, luft och andra atmosfäriska komponenter absorberar en liten del av solstrålningen. Den absorberade mängden räcker dock inte för att kunna upprätthålla en stabil temperatur och göra vår planet beboelig. Hur kan vi leva med dessa temperaturer?
De så kallade växthusgaserna är de gaser som behåller en del av temperaturen från jordytan som återvänder till atmosfären. Växthusgaser är: vattenånga, koldioxid (CO2), kväveoxider, svaveloxider, metan, etc. Varje växthusgas har olika förmåga att absorbera solstrålning. Ju mer kapacitet den har att absorbera strålning, desto mer värme kommer den att behålla och låter den inte återvända till yttre rymden.
Genom människans historia har koncentrationen av växthusgaser (inklusive mest koldioxid) ökat mer och mer. Ökningen av denna ökning beror på den industriella revolutionen och förbränning av fossila bränslen inom industri, energi och transport. Förbränning av fossila bränslen som olja och kol orsakar utsläpp av koldioxid och metan. Dessa gaser i ökande utsläpp får dem att behålla en stor mängd solstrålning och tillåter inte att den återförs till yttre rymden.
Detta är känt som växthuseffekten. Men att öka denna effekt kallar vi växthus det är kontraproduktivt, eftersom det vi gör är att öka de globala medeltemperaturerna mer och mer. Ju mer koncentration av dessa strålningsabsorberande gaser i atmosfären, desto mer värme kommer de att behålla och därför desto högre temperaturer.
Solstrålning och klimatförändringar
Global uppvärmning är känd över hela världen. Denna temperaturökning på grund av den stora retentionen av solstrålning orsakar en förändring i det globala klimatet. Det betyder inte bara att medeltemperaturen på planeten kommer att öka, utan att klimatet och allt som medför kommer att förändras.
Ökningen av temperaturer orsakar destabilisering av luftströmmar, havsmassor, artfördelning, säsongsföljd, ökning av extrema meteorologiska fenomen (såsom torka, översvämningar, orkaner ...), etc.. Det är därför vi måste minska utsläppen av växthusgaser och återfå vårt klimat för att återfå vår strålande balans på ett stabilt sätt.