Terrestrisk stråling: Egenskaber og udveksling
Efter at have læst denne artikel vil du lære om karakteristika og udveksling af jordbundsstråling.
Karakteristik af terrestrisk stråling:
Hvert objekt med en temperatur større end absolut nul udsender stråling ved intensiteten proportional med den fjerde effekt af dens absolutte temperatur. Det ydre rum er ved eller nær absolut nul. Temperaturen i atmosfæren varierer fra ekstrem kulde til jordbundstemperatur på ca. 323 ° K (50 ° C).
Derfor udstråler atmosfæren langbølge stråling mod jorden og også til rummet. Jordens overflade bliver varm efter at have modtaget stråling fra solen. Som et resultat bliver det en strålingskilde. Den gennemsnitlige temperatur på jordoverfladen er ca. 288 ° K.
Det er blevet estimeret, at mere end 99 pct. Af strålingen udsendt af jordoverfladen er indeholdt i det infrarøde område fra 4 til 100 μ med en top ved ca. 10 μ. Denne udgående langbølgestråling udsendes af jordoverfladen kaldes jordbundsstråling. Størstedelen af den jordbaserede stråling absorberes i den nederste del af troposfæren.
Atmosfærisk vindue:
Den langbølgende stråling undslipper til rummet mellem 8, 0 μ og 13, 0 μ, dette er kendt som atmosfærisk vindue.
Udveksling af jordstråling:
Således sendes en stor del af strålingen absorberet af atmosfæren tilbage til jordoverfladen som modstråling. Denne modstråling forhindrer jordoverfladen i at blive for meget køling om natten. Nettoeffekten af denne type differentiel stråling kaldes vindueffekt eller grønthuseffekt.
Atmosfæren især vanddampe, skyer og kuldioxid absorberer ca. 90 procent langbølgestråling (infrarød stråling) udgivet af jorden. En stor del af den langbølgende stråling er modstrålet af atmosfæren til jorden. Selv om emission af langbølgestråling sker i løbet af natten, men mængden af langbølgestråling er større på grund af højere jordbaseret temperatur i løbet af dagen.
Alle lag af atmosfæren deltager i absorption og emission af stråling, men processerne er vigtigere i de nedre lag, hvor de effektive absorbere af langbølgestråling er vanddampe, kuldioxid, nitrogenoxider og methan.
Total halvsfærisk stråling:
Det er den kombinerede strålingsflux fra himlen (kortbølge direkte stråling, diffust stråling og langbølge stråling). Swinbank (1963) forudsagde halvkugleformet flux ved at anvende lufttemperatur målt i skærmen ca. 1, 5 til 2 meter over jorden.
Det er givet ved følgende ligning:
R lw = 5, 31 x 10-13 T6
Hvor, R lw måles i Wm -2 og T er taget i grad absolut (° K).
Dette udtryk blev udviklet ud fra observationerne registreret om natten i mangel af solstråling. Selv om denne ligning mangler relativ luftfugtighed, men Paltridge (1970) fandt det meget præcist om natten. Der blev imidlertid fundet signifikante afvigelser mellem de målte og forudsagte værdier i løbet af dagen.
Strålingsbalance for jord-atmosfæresystem:
Jorden:
Stråling absorberet af jordoverfladen = 124 Kly
Effektiv langbølgestråling udsendt af jorden = 52 Kly
Netto strålingsbalance ved jordoverfladen Atmosfære = 72 Kly
Atmosfære:
Stråling absorberet af atmosfæren = 45 Kly
Stråling tabt af atmosfæren = 117 Kly
Netto strålingsbalance i atmosfæren = -72 Kly
Effektiv udgående stråling:
Ca. 90% af den udgående stråling fra jordens overflade absorberes af vanddampene mellem 5, 3 og 7, 7μ og ud over 20μ. Ozon absorberer udgående stråling i området mellem 9, 4 og 9, 8 μ, og carbondioxid absorberer fra 13, 1 til 16, 9 μ, mens skyer absorberer alle bølgelængder.
Den jordbaserede stråling undslipper til det ydre rum mellem 8, 0 og 13, 0 μ. En stor del af strålingen absorberet af atmosfæren genudstråles tilbage til jordoverfladen. Det er kendt som modstråling eller tilbage stråling. Den atmosfæriske modstråling forhindrer effektivt jordens overflade fra overdreven afkøling om natten.
Intensiteten af modstråling varierer med lufttemperaturen, vanddampindholdet i luften og skydepladen. Forskellen mellem den udgående jordbaserede stråling og atmosfæren modstråling er kendt som den effektive udgående stråling.
På årsbasis absorberer jordens overflade ca. 124 Kly af solstrålingen og udstråler effektivt 52 Kly af langbølgestråling til atmosfæren. Jordens overflades nettostrålingsbalance er 72 Kly. På samme måde absorberer atmosfæren 45 Kly-stråling årligt, og atmosfærens stråling er 117 Kly.
Derfor er forskellen på -72 Kly strålingsbalancen i atmosfæren. Det indikerer at atmosfæren mister så meget strålingsenergi per år, som jordoverfladen vinder og strålingsbalancen i jordatmosfæresystemet bliver nul.
For at opretholde ligevægten i dette system overføres energi fra jordens overflade til atmosfæren for at forhindre overfladen i at varme op og atmosfæren afkøles.
Den vertikale varmeveksling sker hovedsageligt ved fordampning af vand fra jordoverfladen (varmetab) og gennem kondensering i atmosfæren (varmeforøgelse) og ved ledning af fornuftig varme fra overfladen og overførsel til atmosfæren gennem konvektion. Vanddampe i atmosfæren absorberer stråling i bølgelængdeområdet fra 5, 3 til 7, 7 μ og ud over 20 μ.
