Radiazione terrestre: caratteristiche e scambi
Dopo aver letto questo articolo imparerai le caratteristiche e lo scambio delle radiazioni terrestri.
Caratteristiche delle radiazioni terrestri:
Ogni oggetto con una temperatura superiore allo zero assoluto emette radiazioni all'intensità proporzionale alla quarta potenza della sua temperatura assoluta. Lo spazio esterno è allo zero o vicino allo zero assoluto. La temperatura dell'atmosfera varia da una temperatura estrema fredda a una terrestre di circa 323 ° K (50 ° C).
Pertanto, l'atmosfera irradia le radiazioni a onda lunga verso la Terra e anche verso lo spazio. La superficie della terra diventa calda dopo aver ricevuto le radiazioni dal sole. Di conseguenza, diventa una fonte di radiazioni. La temperatura media sulla superficie terrestre è di circa 288 ° K.
È stato stimato che oltre il 99% della radiazione emessa dalla superficie terrestre è contenuta nell'intervallo infrarosso da 4 a 100μ con un picco a circa 10μ. Questa radiazione a onda lunga in uscita emessa dalla superficie terrestre è chiamata radiazione terrestre. La maggior parte della radiazione terrestre viene assorbita nella parte inferiore della troposfera.
Finestra atmosferica:
La radiazione a onda lunga sfugge nello spazio tra 8.0μ e 13.0μ, questo è noto come finestra atmosferica.
Scambio di radiazioni terrestri:
Quindi, una grande parte della radiazione assorbita dall'atmosfera viene inviata alla superficie terrestre come controcorrente. Questa contro-radiazione impedisce che la superficie terrestre si raffreddi eccessivamente durante la notte. L'effetto netto di questo tipo di radiazione differenziale è chiamato effetto finestra o effetto serra.
L'atmosfera, in particolare i vapori d'acqua, le nuvole e l'anidride carbonica assorbono circa il 90% delle radiazioni a onda lunga (radiazione infrarossa) emesse dalla terra. Una grande parte della radiazione ad onde lunghe è controrotradata dall'atmosfera alla terra. Sebbene l'emissione di radiazioni a onda lunga avvenga durante la notte, ma la quantità di radiazione a onda lunga è maggiore a causa della maggiore temperatura terrestre durante il giorno.
Tutti gli strati dell'atmosfera partecipano all'assorbimento e all'emissione di radiazioni, ma i processi sono più importanti negli strati inferiori dove gli efficaci assorbitori delle radiazioni a onda lunga sono vapori d'acqua, anidride carbonica, ossidi di azoto e metano.
Radiazione emisferica totale:
È il flusso di radiazioni combinato dal cielo (radiazione diretta a onde corte, radiazione diffusa e radiazione a onda lunga). Swinbank (1963) predisse il flusso emisferico usando la temperatura dell'aria misurata nello schermo a circa 1, 5-2 metri dal suolo.
È dato dalla seguente equazione:
R lw = 5, 31 x 10 -13 T 6
Dove, R lw è misurato in Wm -2 e T è assunto in gradi assoluti (° K).
Questa espressione è stata sviluppata dalle osservazioni registrate di notte in assenza di radiazione solare. Anche se questa equazione manca di umidità relativa ma Paltridge (1970) la trovava molto precisa di notte. Tuttavia, sono state rilevate deviazioni significative tra i valori misurati e previsti durante il giorno.
Equilibrio delle radiazioni del sistema atmosfera terrestre:
Terra:
Radiazione assorbita dalla superficie terrestre = 124 Kly
Efficace radiazione ad onde lunghe emessa da terra = 52 Kly
Bilancio radiativo netto sulla superficie terrestre Atmosfera = 72 Kly
Atmosfera:
Radiazione assorbita dall'atmosfera = 45 Kly
Radiazioni perse dall'atmosfera = 117 Kly
Bilanciamento radiale netto dell'atmosfera = -72 Kly
Radiazione efficace in uscita:
Circa il 90 percento della radiazione uscente dalla superficie terrestre viene assorbita dai vapori d'acqua tra 5, 3 e 7, 7 μ e oltre 20μ. L'ozono assorbe le radiazioni in uscita nell'intervallo tra 9, 4 e 9, 8 μ e l'anidride carbonica assorbe da 13, 1 a 16, 9 μ mentre le nuvole assorbono tutte le lunghezze d'onda.
La radiazione terrestre fuoriesce dallo spazio esterno tra 8.0 e 13.0 μ. Una grande parte della radiazione assorbita dall'atmosfera viene re-irradiata alla superficie terrestre. È noto come contro-radiazione o radiazione posteriore. La radiazione atmosferica del contatore impedisce efficacemente alla superficie terrestre di un raffreddamento eccessivo durante la notte.
L'intensità della contro-radiazione varia con la temperatura dell'aria, il contenuto di vapore acqueo dell'aria e la copertura nuvolosa. La differenza tra la radiazione terrestre in uscita e la radiazione atmosferica è conosciuta come radiazione uscente effettiva.
Su base annuale, la superficie terrestre assorbe circa 124 Kly della radiazione solare e irradia efficacemente 52 Kly di radiazioni a onda lunga nell'atmosfera. Il bilancio di radiazione netto della superficie terrestre è di 72 Kly. Allo stesso modo l'atmosfera assorbe annualmente una radiazione di 45 Kly e la radiazione persa dall'atmosfera è di 117 Kly.
Pertanto, la differenza di 72 Kly è il bilancio di radiazione dell'atmosfera. Indica che l'atmosfera perde tanto energia radiativa all'anno quanto la superficie terrestre guadagna e il bilancio di radiazione del sistema terra-atmosfera diventa zero.
Per mantenere l'equilibrio di questo sistema, l'energia viene trasferita dalla superficie terrestre all'atmosfera per evitare che la superficie si surriscaldi e che l'atmosfera si raffreddi.
Lo scambio termico verticale avviene principalmente attraverso l'evaporazione dell'acqua dalla superficie della terra (perdita di calore) e attraverso la condensazione nell'atmosfera (guadagno di calore) e la conduzione di calore sensibile dalla superficie e il trasferimento in atmosfera attraverso la convezione. I vapori d'acqua nell'atmosfera assorbono radiazioni nell'intervallo di lunghezze d'onda compreso tra 5, 3 e 7, 7 μ e oltre 20 μ.
