Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το...

44
Μέτρηση της Ηλιακής Ακτινοβολίας Μέτρηση της Ηλιακής Ακτινοβολίας Ο ήλιος θεωρείται ως ιδανικό μέλαν σώμα Με την παραδοχή αυτή υπολογίζεται η θερμοκρασία αυτού αν υπολογιστεί η ροή ακτινοβολίας έξω από την ατμόσφαιρα Με τον όρο ροή ακτινοβολίας εννοούμε το ποσό της ενέργειας που διαπερνά μια ορισμένη επιφάνεια σε ορισμένο χρόνο Η ηλιακή σταθερά εκφράζει τη ροή της ακτινοβολίας που φτάνει στα εξωτερικά όρια της ατμόσφαιρας σε μια επιφάνεια κάθετη προς τις ηλιακές ακτίνες, στη μέση απόσταση της γης από τον ήλιο Αυτή αντιπροσωπεύει ποσότητα ηλιακής ενέργειας που αντιστοιχεί περίπου στις 2.0 cal.cm -2 .min -1 , με ακρίβεια εκτίμησης ±0.2 θερμίδες Εκφράζεται σε gmcal.cm -2 .min -1 ή langleys.min -1 ή mw.cm -2 Ένα gmcal.cm -2 .min -1 = langleys.min -1 =69.7 mw.cm -2

Upload: others

Post on 22-Jun-2020

12 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Μέτρηση της Ηλιακής ΑκτινοβολίαςΜέτρηση της Ηλιακής Ακτινοβολίας

Ο ήλιος θεωρείται ως ιδανικό µέλαν σώµαΜε την παραδοχή αυτή υπολογίζεται η θερµοκρασία αυτού αν υπολογιστεί η ροή ακτινοβολίας έξω από την ατµόσφαιραΜε τον όρο ροή ακτινοβολίας εννοούµε το ποσό της ενέργειας που διαπερνά µια ορισµένη επιφάνεια σε ορισµένο χρόνοΗ ηλιακή σταθερά εκφράζει τη ροή της ακτινοβολίας που φτάνει στα εξωτερικά όρια της ατµόσφαιρας σε µια επιφάνεια κάθετη προς τις ηλιακές ακτίνες, στη µέση απόσταση της γης από τον ήλιο Αυτή αντιπροσωπεύει ποσότητα ηλιακής ενέργειας που αντιστοιχεί περίπου στις 2.0 cal.cm-2.min-1 , µε ακρίβεια εκτίµησης ±0.2 θερµίδεςΕκφράζεται σε gmcal.cm-2.min-1 ή langleys.min-1 ή mw.cm-2

Ένα gmcal.cm-2.min-1 = langleys.min-1 =69.7 mw.cm-2

Page 2: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη
Page 3: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Θερµοκρασία ΗλίουΘερµοκρασία Ηλίου

Αυτή η ροή ακτινοβολίας προέρχεται από ένα σώµα που βρίσκεται στη θερµοκρασία των 7560° Κ, και αυτή είναι γνωστή σαν αποτελεσµατική θερµοκρασία του ήλιουΗ µέγιστη ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι στα 0.475 µm, στη ζώνη του κυανού-πρασίνου του φάσµατοςΤο γεγονός αυτό επιτρέπει να εκτιµήσουµε τη θερµοκρασία της χρωµόσφαιρας του ήλιου γύρω στους 6090° ΚΒέβαια για ένα ιδανικό µέλαν σώµα η θερµοκρασία της χρωµόσφαιρας και η αποτελεσµατική θερµοκρασία θα πρέπει να είναιοι ίδιεςΓια πρακτικούς σκοπούς ακόµη τονίζουµε ότι το γυαλί διαδίδει τιςακτινοβολίες που βρίσκονται µεταξύ 0.3-0.5 µm

Page 4: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η κατανοµή της ενέργειας σε φάσµατα µελανών Η κατανοµή της ενέργειας σε φάσµατα µελανών

σωµάτων: α) ηλίου (6000σωµάτων: α) ηλίου (6000°°))

Τα σχήµατα που ακολουθούν δείχνουν πόσο ποικίλει η κατανοµή του µήκους κύµατος σε δύο µελανά σώµατα µε πολύ διαφορετικές θερµοκρασίεςΚατά πρώτο στο φάσµα του ηλίου (έναντι σχήµα) η µέγιστη ένταση εντοπίζεται γύρω στα 0.5 µm και σχεδόν µηδενίζεται στα 2 µmΑκόµη το ήµισυ της ηλιακής ενέργειας βρίσκεται στα ορατά µήκη κύµατος 0.38 – 0.77 µm

Page 5: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η γη ως µέλαν σώµαΗ γη ως µέλαν σώµα--το φάσµα εκποµπής της γηςτο φάσµα εκποµπής της γης

Μέλαν σώµα ευρισκόµενο στη θερµοκρασία της επιφάνειας της γης (255-300°) ακτινοβολεί σε ένα εύρος 3-100 µm (σχήµα)Το εύρος αυτό εκφράζεται από το υπέρυθρο τµήµα φάσµατος Εποµένως η γήινη ακτινοβολία είναι υπέρυθρη ακτινοβολία

Page 6: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη
Page 7: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Άφιξη της ηλιακής ενέργειας στη γηΆφιξη της ηλιακής ενέργειας στη γη

Θεωρούµε κατά πρώτο ότι η ατµόσφαιρα της γης είναι απόλυτα διαφανήςΉ καλύτερα ότι η γη στερείται ατµόσφαιρας και η ηλιακή ενέργεια δεν υφίσταται καµιά απορρόφησηΜε τις παραδοχές αυτές προσδιορίζεται το ηµερήσιο ποσό της ενέργειας για όλες τις εποχές σε µια επιφάνεια ενός τετραγωνικού εκατοστούΤο αποτέλεσµα δείχνει ότι τα µεγαλύτερα ποσά εµφανίζονται στους πόλους κατά το θέρος.

Page 8: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Παράγοντες µεταβολής της Ηλιακής Παράγοντες µεταβολής της Ηλιακής ΕνέργειαςΕνέργειας

Η ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στη γη δεν έχει την ίδια ένταση κατά τη διάρκεια όλων των µηνών σε έναν τόπο. Αλλά και την ίδια χρονική στιγµή διαφέρει από τόπο σε τόποΟι µεταβολές της ηλιακής ενέρ-γειας από εποχή σε εποχή ή από τόπο σε τόπο εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες τους οποίους και θα αναλύσουµε ευθύς αµέσως.

Page 9: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η απόσταση της γης από τον ήλιοΗ απόσταση της γης από τον ήλιο

Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας ελαττώνεται κατά τρόπο αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της απόστασης, καθώς αποµακρυνόµαστε από την πηγή εκποµπής Στην περίπτωση µας ισχύει η σχέση: Ι = Ιο/d2, όπου Ιο είναι η ένταση της ακτινοβολίας στην πηγή και Ι η τιµή που θα έχει αυτή σε απόσταση dΗ γη γυρίζει γύρω από τον ήλιο στη γνωστή ελλειπτική τροχιά µεταβάλλοντας συνεχώς την µεταξύ τους απόσταση, όπως δείχνει το σχήµα:

Page 10: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η περιφορά της γης γύρω από τον ήλιο

Page 11: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Μεταβολές της ενέργειας λόγω απόστασηςΜεταβολές της ενέργειας λόγω απόστασης

Η γη είναι πλησιέστερα στον ήλιο την 3η Ιανουαρίου (περιήλιο),ενώ η µέγιστη απόσταση παρατη-ρείται στις 4 Ιουλίου (αφήλιο)Η διαφορά ανάµεσα στις δύο θέσεις ανέρχεται στα 5.000.000 χιλιόµετραΟι τιµές της Η.Α. που µετρούνται στη γη (που στερείται ατµόσφαιρα) διαφέρουν από την τιµή της ηλιακής σταθεράς.Η γη στις 3 Ιανουαρίου δέχεται 7% περισσότερη ενέργεια σε σχέση µε τις 4 Ιουλίου

Page 12: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Ο ρόλος της διακύµανσης της ηλιακής ενέργειαςΟ ρόλος της διακύµανσης της ηλιακής ενέργειας

Αν δεχτούµε ότι η γη στερείται ατµόσφαιρας και ότι υπάρχει οµοιοµορφία στην κατανοµή ξηράς-θάλασσας, τότε:Τα µεγαλύτερα ποσά της ηλιακής ενέργειας κατά την 3η Ιανουαρίου θα µεταφράζονται σε µια θερµοκρασία του Ιανουαρίου κατά 4°Cµεγαλύτερη σε σχέση µε τον ΙούλιοΜε συνέπεια οι χειµώνες στο Β.Ηµισφαίριο να είναι πολύ θερµότεροι εκείνων του Ν.ΗµισφαιρίουΣτην πράξη αυτή η σχέση δεν ισχύει γιατί η τάση αυτή εξουδετε-ρώνεται από την άνιση κατανοµή της ξηράς στα δύο ηµισφαίρια (στο βόρειο είναι συγκεντρωµένη σχεδόν ολόκληρη η ξηρά)Συνθήκη που οδηγεί σε µεταβολές τη ατµοσφαιρικής κυκλοφορίας

Page 13: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Υψη ηλίου - πυκνότητα Ηλιακής ∆έσµης

Page 14: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Το Το ύψοςύψος του ηλίουτου ηλίου

Η θέση του του ηλίου σε σχέση µε τον ορίζοντα-ύψος ήλίου(γωνία α)- καθορίζει το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίαςΜεγαλύτερο ύψος ηλίου περισσότερο πυκνή η ηλιακή δέσµηΤο ύψος του ηλίου σε ένα τόπο εξαρτάται:1. Από το γεωγραφικό πλάτος2. Από την εποχή του έτους3. Από τη χρονική στιγµή της ηµέρας

Η µέγιστη ένταση στη µονάδα επιφάνειας προκύπτει όταν οι ακτίνες είναι κάθετες προς την επιφάνειαΟι ακτίνες του ήλιου σχηµα-τίζουν µε την κατακόρυφο του τόπου γωνία (γ) γνωστή ως Ζενιθία ΑπόστασηΙ = Ιο συν γ (νόµος Lambert)ή Ι = Ιο ηµ α, όταν χρησιµο-ποιηθεί το ύψος του ηλίου

Page 15: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Υψη ηλίου σε δύο τόπους την ίδια χρονική στιγµή

Page 16: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Υψη ηλίου στον ίδιο τόπο σε διάφορες εποχές και ώρες

Page 17: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Κατά τις ισηµερίες ο Ισηµερινός δέχεται το 100% της ενέργειας αυτό, κατά τα ηλιοστάσια, θα µειωθεί στο 92%

Page 18: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Ο ρόλος της ατµόσφαιρας και της επιφάνειας της Ο ρόλος της ατµόσφαιρας και της επιφάνειας της γηςγης

α) Η επίδραση της ατµόσφαιραςα) Η επίδραση της ατµόσφαιρας

Η ατµόσφαιρα δεν είναι ένα απόλυτα διαφανές µέσο για τη διάδοση της ηλιακής ακτινοβολίας.Τα ατµοσφαιρικά αέρια και τα συστατικά της ατµόσφαιρας::Απορροφούν ένα τµήµα της ηλιακής ακτινοβολίαςΣκεδάζουν ένα σηµαντικό µέρος αυτήςΉ ανακλούν τµήµα αυτής πίσω στο διάστηµαΟι κύριες ουσίες που απορροφούν την Η.Α., σε ειδικές περιοχές του φάσµατος είναι:Το Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και ηΣκόνηΗ ∆ιάχυση του φωτός γίνεται τόσο από τα µόρια του αέρα, όσο και από τις διάφορες προσµίξεις, σταγονίδια νερού κ.λ.π.

Page 19: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Ανάκλαση και σκεδασµός των ηλιακών ακτινών

Page 20: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Εξασθένιση της ηλιακής ακτινοβολίας

Page 21: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η εξασθένιση του Ηλιακού ΦάσµατοςΗ εξασθένιση του Ηλιακού Φάσµατος

Η διαδροµή των Ηλιακών Ακτινών µέσα στην ατµόσφαιρα προκαλεί ποιοτική και ποσοτική µεταβολή του ηλιακού Φάσµατος το οποίο προσδιορίζεται στην επιφάνεια της Γης.Οι επικίνδυνες υπεριώδεις ακτίνες <0.29µ δεν φτάνουν ποτέ στην επιφάνεια της γης, απορροφούµενες από το στρατοσφαιρικό Όζον.Η απορροφητική δράση του ΄Όζοντος µειώνει κατά 5% την ενέργεια που θα έφτανε στο έδαφος.Το υπέρυθρο άκρο του φάσµατος αραιώνεται από την απορρόφηση των Υδρατµών και του ∆ιοξειδίου του Άνθρακα.Το CO2 είναι πολύ ισχυρός απορροφητής του ηλιακού φωτός για µήκη κύµατος >1.46µ, ενώ για µικρότερα είναι διαπερατό.Οι υδρατµοί απορροφούν και στο ορατό µέρος του φάσµατος.

Page 22: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Το ηλιακό φάσµα στα όρια της ατµόσφαιρας (κίτρινο όριο) και στην επιφάνεια της γης (κόκκινη περιοχή)

Ο3

CO2H20H2O

O2

O3

Page 23: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Εξασθένιση Ηλιακού Φάσµατος (συνέχεια)Εξασθένιση Ηλιακού Φάσµατος (συνέχεια)

Το Οξυγόνο εκτός από το υπεριώδες, ιώδες, και κυανό απορροφά και στην ερυθρή περιοχή του φάσµατος (0.69-0.76µ)Η εξασθένιση του φωτός από τις διαδικασίες διάχυσης, ανάκλασης και σκεδασµού είναι αντιστρόφως ανάλογη της 4ης δύναµης του µήκους κύµατος.Φως µε µικρότερο µήκος κύµατος ανακλάται πολύ περισσότερο από φως µεγάλου µήκους.Στο σκεδαζόµενο φως του ουρανού επικρατεί το µικρού µήκους κύµατος µέρος του φάσµατος, όπως δείχνει και το γαλάζιο χρώµα του ουρανού.Όταν ο ήλιος βρίσκεται σε χαµηλό ύψος τα βραχύτερα κύµατα εξασθενούν περισσότερο και ο ουρανός παίρνει ερυθρό χρώµα.

Page 24: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Εξασθένισης (συνέχεια)Εξασθένισης (συνέχεια)

Όταν στην ατµόσφαιρα υπάρχουν αρκετά µεγάλα σωµατίδια (υδρατµοί,παγοκρύσταλλοι) η εξασθένιση είναι ανεξάρτητη από το µήκος κύµατος και ο σκεδασµός αντικαθίσταται από τη διάχυτη ανάκλαση, που είναι ίδια για όλα τα µήκη κύµατος και το γαλάζιο χρώµα του ουρανού γίνεται ασαφές.Τελικά µετά από όλες αυτές τις διαδικασίες το ηλιακό φως φτάνει στην επιφάνεια της γης µε µορφή ακτινοβολίας που αναφέρεται ως άµεση ηλιακήακτινοβολία. Παράλληλα η γη δέχεται φως το οποίο είναι αποτέλεσµα της διάχυσης και της ανάκλασης των ηλιακών ακτινών στην ατµόσφαιρα. Αυτό είναι γνωστό ως έµµεσο ηλιακό φως ή ουράνιο φως ή διάχυτη ακτινοβολία Από το σύνολο της ηλιακής ενέργειας στο σύστηµα Γης-Ατµόσφαιρας φτάνει ένα ποσοστό της τάξεως του 65-70%, το δε υπόλοιπο ανακλάται πίσω στο διάστηµα και εκφράζει την ανακλαστικότητα ή λευκαύγεια της γης.

Page 25: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η κατανοµή της Ηλιακής Ενέργειας στο σύστηµα Γης-Ατµόσφαιρας

Page 26: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η άφιξη της ηλιακής ακτινοβολίας στη γηΗ άφιξη της ηλιακής ακτινοβολίας στη γη

Η ενέργεια που αποµένει µετά τις Παραπάνω διαδικασίες διασχίζει την ατµόσφαιρα και:Ένα µέρος θερµαίνει τον ατµοσφαιρικό αέρα Το µεγαλύτερο ποσοστό φθάνει και θερµαίνει την επιφάνεια της γης, η οποία µε τη σειρά της θερµαίνει τον ατµοσφαιρικό αέρα που βρίσκεται σε επαφή µε την επιφάνεια της γης.Η ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της γης συγκεντρώνεται στη ζώνη των 0.3-4.0 µ και χαρακτηρίζεται ως ηλιακή ακτινοβολία ή ακτινοβολία µικρού µήκους κύµατος.Τα ποσά αυτά της Η.Α. συντελούν στη θέρµανση του πλανήτη.

Page 27: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η πρόσληψη της ηλιακής ενέργειας από τη γηΗ πρόσληψη της ηλιακής ενέργειας από τη γηβ) Η επίδραση της γήινης επιφάνειαςβ) Η επίδραση της γήινης επιφάνειας

Όπως είδαµε το ηλιακό φως θερµαίνει κατά κύριο λόγο την επιφάνεια της γης.Η γη αποκτά µια µέση θερµοκρασία περίπου 288 βαθµών της απόλυτης κλίµακας και επανακτινοβολεί προς το διάστηµα ως µέλαν σώµα.Με τις συνθήκες αυτές η γη καθόλο το 24ωρο εκπέµπει ακτινοβολία µεγάλου µήκους κύµατος 4-100 µ, που είναι στο υπέρυθρο.Η ακτινοβολία αυτή είναι γνωστή ως γήινη ή δευτερογενήςακτινοβολία ή ως υπέρυθρη ακτινοβολία ή τέλος ως µεγάλου µήκουςΗ ακτινοβολία αυτή κατά ένα µέρος δεσµεύεται από τα αέρια της ατµόσφαιρας και τµήµα αυτής διαφεύγει προς το πλανητικό διάστηµα.

Page 28: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Γήινη ακτινοβολία (συνέχεια)Γήινη ακτινοβολία (συνέχεια)

Τα θερµαινόµενα ατµοσφαιρικά αέρια εκπέµπουν επίσης δευτερογενή ακτινοβολία τόσο προς την επιφάνεια της γης όσο και προς το εξωτερικό διάστηµα.Αποτέλεσµα των διαδικασιών αυτών είναι η γη τελικά να διατηρεί µια σταθερή θερµοκρασία γύρω στους 15 βαθµούς Κέλσιου σε ετήσια βάση.Κατά τη διάρκεια της ηµέρας τα ποσά που ακτινοβολεί η γη αναπληρώνονται από την αφικνούµενη ηλιακή ενέργεια.Κατά τη νύχτα η απώλεια γήινης ακτινοβολίας οδηγεί στην ψύξη τουεδάφους και του παρακείµενου αέρα.

Page 29: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η δέσµευση της γήινης ακτινοβολίας από την Η δέσµευση της γήινης ακτινοβολίας από την ατµόσφαιραατµόσφαιρα

Ποσοστά της γήινης ακτινοβολίας απορροφούνται εκλεκτικά από ορισµένα ατµοσφαιρικά αέρια όπως το CO2, H2O, CH4, O3 κ.λ.π.Τα αέρια αυτά αποτελούν ρυθµιστές της θερµο-οικονοµίας του πλανήτη και καθιερώθηκε να ονοµάζονται θερµοκηπικά αέρια, το δε φαινόµενο που προκαλούν είναι το γνωστό φαινόµενο του θερµοκηπίου.Από το σύνολο της υπέρυθρης γήινης ακτινοβολίας ένα ποσοστό αυτής περίπου 10% διαφεύγει προς το εξωτερικό διάστηµα. Παραστατικά οι διαδικασίες αυτές δίνονται στο σχήµα που ακολουθεί

Page 30: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η υπέρυθρη ακτινοβολία στη γη και την ατµόσφαιρα

Page 31: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Συµπεριφορά των αερίων της ατµόσφαιρας στην Συµπεριφορά των αερίων της ατµόσφαιρας στην απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίαςαπορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας

Ανέφελος ουρανός είναι ηµιδιαπερατός στη µεγάλου µήκους κύµατος υπέρυθρη ακτινοβολία.Αν υπήρχε µόνο Ν2 και Ο2 η επιφάνεια της γης θα ήταν θερµότερη την ηµέρα και πολύ ψυχρότερη τη νύχτα διότι τα αέρια αυτά είναι διαπερατά στην υπέρυθρη και κατακρατούν µόνο υπεριώδηΟι υδρατµοί απορροφούν στα 6µ και πέραν των 22µ συλλαµβάνοντας την υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέµπει η γη.Το CO2 συλλαµβάνει την ενέργεια στα 4µ και στα 14-16µΤο Όζον απορροφά στα 9µΣτην περιοχή 8-12µ η υπέρυθρη ακτινοβολία διαφεύγει στο διάστηµα και η ζώνη αυτή λέγεται ατµοσφαιρικό παράθυρο

Page 32: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η απορρόφηση από διάφορα αέρια

Page 33: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Ενεργειακό ΙσοζύγιοΕνεργειακό Ισοζύγιο

Η γήινη ακτινοβολία είναι πολύ έντονη κατά τη νύχτα αν επικρατούν ανέφελοι ουρανοί και περιορισµένοι υδρατµοίΣτις έρηµους ενώ την ηµέρα η θερµοκρασία φτάνει τους 40° τη νύχτα µπορεί να είναι και αρνητική.Στα µέσα πλάτη προκαλεί νυχτερινούς παγετούς την ψυχρή περίοδο.Οι ενεργειακές ροές διακρίνονται:Στην εισερχόµενη στη γη ακτινοβολία (άµεση, διάχυτη, ανακλώµενη)Στην εξερχόµενη προς το διάστηµα (ανακλώµενη, ουράνια, υπέρυθρηΟι δύο αυτές ανταγωνιστικές οµάδες τελικά οδηγούν σε µια διαφοράΕισερχόµενης-Εξερχόµενης ακτινοβολίας, γνωστής ως ενεργειακό ισοζύγιο. Αυτό είναι θετικό την ηµέρα και ονοµάζεται τελική ακτινοβολία, αρνητικό τη νύχτα και µηδενικό για µεγάλη χρονική στιγµή και διατηρεί σταθερή τη θερµοκρασία της γης.

Page 34: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Το ενεργειακό ισοζύγιο της γης-ατµόσφαιρας

Page 35: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Το ενεργειακό ΙσοζύγιοΤο ενεργειακό Ισοζύγιο

Page 36: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η γεωγραφική κατανοµή της ακτινοβολίαςΗ γεωγραφική κατανοµή της ακτινοβολίας

Η εισερχόµενη ηλιακή ακτινοβο-λία είναι µεγαλύτερη στα µικρά γεωγραφικά πλάτη.Η εξερχόµενη υπέρυθρη γήινη ακτινοβολία παρουσιάζει µικρό-τερες µεταβολές κατά γεωγραφικό πλάτος.Συνεπώς η τελική ακτινοβολία καθορίζεται από την µικρού µήκους ακτινοβολία.Η κατανοµή των δύο ακτινοβολιών από τον Ισηµερινό προς τους πόλους δίνεται στο έναντι σχήµα

Page 37: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη
Page 38: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η γεωγραφική κατανοµή της ακτινοβολίας (συνέχεια)Η γεωγραφική κατανοµή της ακτινοβολίας (συνέχεια)

Το γεγονός ότι:η συσσώρευση θερµότητας στους τροπικούς δεν προκαλεί αύξηση τηςθερµοκρασίας στην περιοχή αυτή του πλανήτηΤο ενεργειακό έλλειµµα στα µεγάλα γεωγραφικά πλάτη δεν προκαλεί µείωση της θερµοκρασίας.Οδηγεί στο συµπέρασµα ότι υπάρχει µηχανισµός εξισορρόπησης του ενεργειακού ισοζυγίου.Ο µηχανισµός αυτός περιλαµβάνει:Α) Τη µεταφορά αισθητής και λανθάνουσας θερµότητας µε τους ανέµουςΒ) Με την κίνηση των υδάτων των ωκεανών.

Page 39: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Μηνιαία ποσά τελικής ακτινοβολίας στον πλανήτηΜηνιαία ποσά τελικής ακτινοβολίας στον πλανήτη

Η τελική ακτινοβολία καθίσταται αρνητική κατά τη διάρκεια του χειµώνα κάθε ηµισφαιρίου µετά το γεωγραφικό πλάτος των 45°Η διαφορετική δοµή του Β. Και Ν. Ηµισφαιρίου δίδει και διαφορετικές τιµές τελικής ακτινοβολίας κατά το χειµώνα στα πολικά πλάτη επικρατεί συνεχής νύχτα και το τελικό αποτέλεσµα είναι προϊόν της ακτινοβολίας µεγάλου µήκους το βόρειο ηµισφαίριο, το χειµώνα, παρουσιάζει σηµαντικά µικρότερες τιµές σε σχέση προς το νότιο, γιατί έχει µεγαλύτερες απώλειες δευτερογενούς ακτινοβολίας.Το θέρος οι µεγάλες τιµές εµφανίζονται στις υποτροπικές περιοχέςκάθε ηµισφαιρίου, ενώ στους πόλους η συνθήκη αναστρέφεται προς όφελος του Β.πόλου, παρά τις ευνοϊκές συνθήκες της Ανταρκτικής

Page 40: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Γεωγραφική κατανοµή της τελικής ακτινοβολίας Γεωγραφική κατανοµή της τελικής ακτινοβολίας ((KlangleysKlangleys/month)/month)

90° Ν

2.20.6-0.6-1.3-1.7-2.0-2.0-1.9-1.6-0.40.5-2.4

7.57.04.01.2-1.1-2.2-2.3-1.51.02.95.07.060

8.47.55.12.90.7-0.3-0.8-0.41.83.85.97.850

11.29.46.84.82.91.60.91.53.76.28.310.840

11.710.29.36.64.73.43.03.75.78.210.111.530

11.110.69.48.16.55.35.05.97.79.410.611.120

10.110.110.09.28.17.17.37.99.09.510.210.110

8.58.79.28.98.37.98.38.48.79.18.88.30

7.58.0 8.88.78.78.88.99.69.910.09.07.610

5.76.78.59.39.710.410.610.710.29.37.86.120

3.03.96.28.39.710.410.19.68.66.84.93.330

0.61.63.76.18.08.88.78.37.14.42.30.940

-1.0-0.41.64.05.84.37.67.05.01.80.1-0.950

-1.7-1.20.02.85.57.37.95.62.40.5-0.8-1.660

-2.7-2.7-2.40.23.86.46.23.60.3-1.6-2.6-2.5

90° Β

∆ΝΟΣΑΙΙΜΑΜΦI

Page 41: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Ετήσια κατανοµή της τελικής ακτινοβολίας σε Klangleys/year

Page 42: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Τελική Ακτινοβολία τον ΙανουάριοΤελική Ακτινοβολία τον Ιανουάριο

Page 43: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Τελική ακτινοβολία τον ΙούλιοΤελική ακτινοβολία τον Ιούλιο

Page 44: Μέτρηση της Ακτινοβολίας · zΤο Όζον, το Οξυγόνο, το ∆ιοξείδιο του Άνθρακα, οι Υδρατµοί και η Σκόνη

Η ΗλιοφάνειαΗ Ηλιοφάνεια

Το φωτεινό τµήµα της ηµέρας παρουσιάζει µια συνεχή αύξηση καθώς µεταβαίνουµε από το χειµώνα στο καλοκαίρι και από τον Ισηµερινό προς τον Θερινό πόλο της γης.Αν σε ένα τόπο δεν υπάρχουν νέφη, ούτε φυσικά εµπόδια ο ήλιος λάµπει ανεµπόδιστα από την ανατολή έως τη δύση του. Η διάρκεια αυτής της συνεχούς εµφάνισης του ήλιου ονοµάζεται Θεωρητική Ηλιοφάνεια και µετριέται σε ώρες.Στην πράξη ο ήλιος δεν λάµπει ανεµπόδιστα σε ένα τόπο είτε γιατίυπάρχουν νέφη, είτε γιατί παρεµβάλλονται ορεινά εµπόδια. Ο πραγµατικός χρόνος που ο ήλιος είναι ορατός σε ένα τόπο µια ηµέρα ονοµάζεται πραγµατική ηλιοφάνεια. Ο λόγος της Πραγµατικής/Θεωρητική λέγεται κλάσµα Ηλιοφάνειας και είναι µικρότερο της µονάδας