> Polski > Climate Encyclopaedia > Troposfera > więcej > 2. Promieniowanie i gazy cieplarniane > - promieniowanie
|
 |
TroposferaDowiedz się więcej! |
Bilans promieniowania Ziemi i efekt cieplarnianySystem klimatyczny jest napędzany energią dostarczaną przez promieniowanie słoneczne. Tylko część tej energii dociera do powierzchni Ziemi, jest pochłaniana i powoduje wzrost temperatury. Reszta jest odbijana, rozpraszana lub pochłaniana przez cząstki powietrza. Co dokładnie dzieje się z promieniowaniem? |
A. Mówiąc o promieniowaniu możemy wydzielić trzy obszary w systemie Ziemia-atmosfera: |
|
|
|
W rzeczywistości sytuacja jest dużo bardziej skomplikowana, gdyż oceany reagują bardzo wolno na zmiany temperatury, cechuje je duża bezwładność termiczna. Atmosfera ogrzewa się dość szybko, natomiast oceany pochłaniają ciepło i ogrzewają się bardzo wolno. Dlatego też przez pewien czas Ziemia może się znajdować w energetycznej nierównowadze. W związku z tym bilans promieniowania przedstawiony na ryc. 1 może być nieco niedokładny, margines błędu wynosi 10-20%. W dalszej części tekstu zakładamy jednakże, że bilans się równoważy. |
|
|
Rola gazów cieplarnianychRola gazów cieplarnianych jest podobna do roli swetra w zimne dni. Gdybyśmy nie zakładali ciepłych ubrań zimą nasze ciało nadmiernie by się wychłodziło i moglibyśmy nawet zamarznąć na śmierć. Jednakże pulower ani nie ogrzewa powietrza dookoła nas, ani nie sprawia, że nasze ciało produkuje więcej ciepła, ani też sam nie produkuje energii cieplnej. On tylko pochłania ciepło emitowane przez nasze ciało, a następnie wypromieniowuje je we wszystkich kierunkach, także w kierunku naszego ciała. Między naszym ciałem a swetrem tworzy się warstwa ciepłego powietrza. Podobnie dzieje się w szklarni. Wzmocnienie efektu cieplarnianego oznacza, że w pobliżu powierzchni Ziemi gromadzi się więcej ciepła. Nie oznacza to, że więcej energii dociera do powierzchni Ziemi. |
Bilans energii Ziemi krok po krokuOto wyniki pomiarów strumieni energii przekazywanych do lub od danej części systemu Ziemia-atmosfera w W/m2. Najpierw zobaczmy, że dla każdej części systemu ilość energii dochodzącej jest równa ilości energii uchodzącej (upraszczamy zatem opis i pomijamy wpływ oceanów): 342 W/m2 dociera od Słońca do górnej granicy atmosfery. Z tego 107 podlega od razu odbiciu albo od chmur albo od powierzchni Ziemi. Ta część promieniowania słonecznego, która podlega odbiciu i nie uczestniczy w żadnych procesach atmosferycznych jest nazywana albedo Ziemi i wynosi średnio 30% (patrz definicja poniżej). Definicja albedo: stosunek promieniowania odbitego do całkowitego padającego na daną powierzchnię. Albedo może przyjmować wartości od 0 (co oznacza brak odbicia) do 1 (całe padające promieniowanie jest odbijane).
|
|
|
|
Albedo całej Ziemi, jak już wspomnieliśmy, wynosi około 0,3. Najwięcej promieniowania odbijają chmury i polarne czapy lodowe. Pozostałe 235 W/m2 albo podlega przemianom w atmosferze albo dociera do powierzchni Ziemi i wraca później w kosmos jako promieniowanie długofalowe. |
|
|
Omawiając bilans promieniowania dla samej atmosfery należy zauważyć, że atmosfera może emitować promieniowanie zarówno w przestrzeń kosmiczną, jak też do powierzchni Ziemi. To właśnie promieniowanie zwrotne atmosfery, spowodowane głównie przez gazy cieplarniane, sprawia, że powierzchnia Ziemi pochłania więcej energii (492 W/m2) niż dostarcza Słońce. Okno atmosferyczneTylko 40 W/m2 jest emitowane bezpośrednio jako promieniowanie długofalowe z powierzchni Ziemi do przestrzeni kosmicznej. |
|
|
Dzieje się tak ponieważ gazy cieplarniane nie pochłaniają promieniowania o wszystkich długościach fal. Jest kilka “dziur” w spektrach pochłaniania pary wodnej (odpowiedzialnej za około 60% pochłaniania), dwutlenku węgla, metanu, podtlenku azotu, ozonu i innych gazów cieplarnianych. Zwłaszcza w przypadku pary wodnej i dwutlenku węgla te zakresy fal, gdzie absorpcja jest bardzo mała nazywane są oknami atmosferycznymi. Dzięki nim promieniowanie podczerwone może wydostać się poza atmosferę niczym przez okno w dachu szklarni (ryc. 4 i 5). |
|
Analogii między atmosferą i szklarnią nie należy jednak rozumieć dosłownie, bo w grę wchodzą różne dodatkowe procesy, np. w szklarni szkło jako ciało stałe uniemożliwia ruchy konwekcyjne powietrza, które w warunkach naturalnych, w atmosferze, występują bez ograniczeń. Jest to dodatkowy czynnik utrzymujący wysoką temperaturę w szklarni. |
 |
|
|
6. W jakim zakresie fal gazy cieplarniane pochłaniają promieniowanie?
|
|
|
7. Analizując to co dzieje się z falami elektromagnetycznymi w atmosferze (czyli ile promieniowania i o jakiej długości fal przedostaje się do powierzchni Ziemi) dochodzimy do wniosku, że dla pewnych zakresów fal atmosfera jest barierą nie do przebycia. Powyższa rycina pokazuje te zakresy (kolor brązowy). Warto zwrócić szczególną uwagę na promieniowanie ultrafioletowe (1), widzialne (2) i bliską podczerwień (3). |
Objaśnienia: atmospheric opacity - nieprzezroczystość atmosfery, wavelength - długość fali, gamma rays, x-rays and ultraviolet light blocked by the upper atmosphere (best observed from space) - promieniowanie gamma, rentgenowskie i UV jest zatrzymywane w górnych warstwach atmosfery (najlepiej obserwować je z kosmosu), visible light observable from Earth, with some atmospheric distortion - światło widzialne, które można obserwować z Ziemi, przy pewnych zaburzeniach wskutek oddziaływania atmosfery, most of the infrared spectrum absorbed by atmospheric gases (best observed from space) - większość spektrum podczerwieni jest pochłaniana przez gazy atmosferyczne (najlepiej obserwować je z kosmosu), radio waves observable from Earth - fale radiowe, które można obserwować z Ziemi, long-wavelength radio waves blocked - zablokowane długofalowe fale radiowe |
O tej stronie:
|