Terrestrisk strålning: Egenskaper och utbyte
Efter att ha läst den här artikeln kommer du att lära dig om egenskaper och utbyte av markbunden strålning.
Egenskaper för terrestrisk strålning:
Varje objekt med temperatur som är större än absolut noll avger strålning vid intensiteten proportionell mot den fjärde effekten av dess absoluta temperatur. Ytterutrymmet är vid eller nära absolut noll. Temperaturen i atmosfären sträcker sig från extremt kall till jordbundstemperatur på ca 323 ° K (50 ° C).
Därför strålar strålningen långvågsstrålning mot jorden och också till rymden. Jordens yta blir het efter att ha fått strålning från solen. Som ett resultat blir det en strålkälla. Medeltemperaturen vid jordytan är cirka 288 ° K.
Det har beräknats att mer än 99 procent av strålningen från jordytan finns i det infraröda området från 4 till 100 μ med en topp vid ca 10 μ. Denna utgående långvågsstrålning som avges av jordytan kallas markbunden strålning. Den största delen av den jordbundna strålningen absorberas i den nedre delen av troposfären.
Atmosfäriskt fönster:
Den långvågiga strålningen flyr till rymden mellan 8, 0 μ och 13, 0 μ, detta kallas atmosfärfönster.
Utbyte av markbunden strålning:
Sålunda skickas en stor del av strålningen absorberad av atmosfären tillbaka till jordytan som motstrålning. Denna motstrålning hindrar jordytan från överdriven kylning på natten. Nettoeffekten av denna typ av differentialstrålning kallas fönstereffekt eller grönhusseffekt.
Atmosfären, särskilt vattenångor, moln och koldioxid absorberar cirka 90 procent långvågsstrålning (infraröd strålning) som utsänds av jorden. En stor del av långvågsstrålningen utstrålas av atmosfären till jorden. Även om utsläpp av långvågsstrålning sker under natten, men mängden långvågsstrålning är större på grund av högre markbunden temperatur under dagtid.
Alla skikt av atmosfären deltar i absorption och utsläpp av strålning, men processerna är viktigare i de nedre skikten där effektiva absorberare av långvågsstrålning är vattenångor, koldioxid, kväveoxider och metan.
Total hemisfärisk strålning:
Det är det kombinerade strålningsflödet från himlen (kortvåg direkt strålning, diffus strålning och långvågsstrålning). Swinbank (1963) förutspådde halvklotet flöde genom att använda lufttemperatur uppmätt i skärmen ca 1, 5 till 2 meter över marken.
Den ges av följande ekvation:
R lw = 5, 31 x 10 -13 T6
Var, R lw mäts i Wm -2 och T tas i grad absolut (° K).
Detta uttryck utvecklades från observationerna som noterades på natten i avsaknad av solstrålning. Även om denna ekvation saknar relativ fuktighet men Paltridge (1970) fann det mycket noggrant på natten. Emellertid uppdagades signifikanta avvikelser mellan de uppmätta och förutsagda värdena under dagtid.
Strålningsbalans för jord-atmosfärssystem:
Jord:
Strålning absorberad av jordytan = 124 Kly
Effektiv långvågsstrålning emitterad av jord = 52 Kly
Netto strålningsbalans vid jordytan Atmosfär = 72 Kly
Atmosfär:
Strålning absorberad av atmosfären = 45 Kly
Strålning förlorad av atmosfären = 117 Kly
Netto strålningsbalans i atmosfären = -72 Kly
Effektiv utgående strålning:
Cirka 90 procent av den utgående strålningen från jordens yta absorberas av vattendragen mellan 5, 3 och 7, 7 μ och över 20 μ. Ozon absorberar utgående strålning i intervallet mellan 9, 4 och 9, 8 μ och koldioxid absorberar från 13, 1 till 16, 9 μm medan moln absorberar alla våglängder.
Den jordbundna strålningen flyr till yttre rymden mellan 8, 0 och 13, 0 μ. En stor del av strålningen absorberad av atmosfären återstrålas tillbaka till jordytan. Det är känt som motstrålning eller bakstrålning. Den atmosfäriska motstrålningen förhindrar effektivt jordens yta från överdriven kylning på natten.
Intensiteten hos motstrålningen varierar med lufttemperaturen, luftens vattenånga och molntäckningen. Skillnaden mellan den utgående jordstrålningen och atmosfärstrålningen är känd som den effektiva utgående strålningen.
På årsbasis absorberar jordens yta cirka 124 Kly av solstrålningen och utstrålar effektivt 52 Kly av långvågsstrålning till atmosfären. Nettostrålningsbalansen på jordens yta är 72 Kly. På liknande sätt absorberar atmosfären 45 Kly-strålning årligen och strålningen förlorad av atmosfären är 117 Kly.
Därför är skillnaden på -72 Kly strålningsbalansen i atmosfären. Det indikerar att atmosfären förlorar så mycket strålningsenergi per år som jordytan blir större och strålningsbalansen i jordatmosfärsystemet blir noll.
För att upprätthålla jämvikt i detta system överförs energi från jordens yta till atmosfären för att förhindra att ytan värms upp och atmosfären kyls ner.
Den vertikala värmeväxlingen sker huvudsakligen genom förångning av vatten från jordens yta (värmeförlust) och genom kondensation i atmosfären (värmeförstärkning) och genom ledning av förnuftig värme från ytan och överföring till atmosfären genom konvektion. Vattendunstar i atmosfären absorberar strålning i våglängdsintervallet 5, 3 till 7, 7μ och bortom 20μ.
