Warmte balans van de Aarde

Earth thermisch stabiel resteren moet kunnen evacueren gemiddeld alle ontvangen energie straling. Er zijn regulerende mechanismen die deze taak op verschillende manieren. Van zonne-energie het bereiken van de aarde in de vorm van korte-golf straling, is bijna de helft terug in de ruimte door de wolken, oppervlakte en lucht gereflecteerd. De warmte die erin slaagt om de aarde te bereiken is terug 's nachts naar de ruimte als langgolvige straling. Echter, bepaalde gassen zoals waterdamp en kooldioxide van de gereflecteerde straling naar de oppervlakte.

De sfeer wordt verwarmd van onderaf in overeenstemming met de karakteristieke lucht diathermie, en niet van bovenaf als je zou denken op het eerste gezicht; Dit verklaart dat een temperatuurdaling in de troposfeer en hoogte toeneemt optreden. De sfeer straalt ook hitte net als de aarde doet, die is verloren in de ruimte, en neer, worden geabsorbeerd door het. Dergelijke uitwisselingen omvatten de terugkeer naar ruimte van een hoeveelheid warmte die gelijk is aan die daadwerkelijk wordt ontvangen, een feit dat het thermische evenwicht op aarde blijft.

Warmtestraling

Elk lichaam bij een temperatuur T zendt straling na Planck's Law en een grootste emissie bij een golflengte geregeld door de wet van Wien.

De zon straalt als een zwart lichaam bij 5900 K en 99% van de straling uitgezonden golflengten tussen 0,15 en 4 micron, met tot 0475 micron. De straling kan worden beschouwd kortegolf.

De aarde straalt warmtestraling, maar de temperatuur die veel lager uitzendt tussen 3 en 80 micron en 10 micron piek optreedt, zodat de straling kan worden beschouwd of lange golf infrarood.

Het gehele oppervlak van de aarde straling uitzendt maar zonnestraling ontvangen aan de dagzijde. Daarom kan de invallende zonnestraling op de buitenkant van de atmosfeer beschouwd als gemiddeld:

Evenwicht temperatuur van de aarde zonder atmosfeer

In een eerste benadering kunnen we zeggen dat de thermische emissie uit het oppervlak van de aarde ,, compenseert bestraling op het oppervlak van een schijf aarde.

  • Als het laatste waar was het kan gemakkelijk berekenen van de gemiddelde temperatuur van de aarde door de Stefan-Boltzmann wet. Ervan uitgaande dat de aarde tot een zwart lichaam en het kennen van de waarde van de zonne-constante de volgende berekeningen zijn gemaakt en je krijgt:
  • Uiteraard is deze onder ideale omstandigheden zou zijn, dat wil zeggen dat een zwart lichaam Aarde airless. In werkelijkheid zijn er andere factoren die helpen of hinderen warmteafvoer ontvangen. In de bovenstaande berekening twee gebreken. Een deel van de zonne-energie wordt gereflecteerd door de aarde is wat albedo genoemd en dit verlaagt de temperatuur van de aarde door de bovenstaande berekening tot -18 ° C en een deel van de energie uitgestraald door de aarde die een grote lengte heeft tussen 3 en 80 micrometer wordt geabsorbeerd door broeikasgassen, opwarming van de atmosfeer totdat de actuele temperatuur van 15 ° C, aanzienlijk hoger dan berekend.

Albedo

Dit effect is niets anders dan de weerspiegeling van de zonnestraling om van invloed zijn op de planeet. Blanken hebben een hogere albedo oppervlakken die donker. Zo, wolken, sneeuw en ijs zijn hoger albedo oppervlakken, terwijl bossen, oceanen en uiteindelijk kale rots hebben een lagere albedo. De aarde heeft een albedo van ongeveer 31,3%, voornamelijk als gevolg van wolken en ijskappen. Wolken en atmosferische gassen in de ruimte weerspiegelen 22,5% van de invallende zonnestraling. Ongeveer 12% van de invallende straling wordt verspreid door de lucht die 5% wordt gediffundeerd in het oppervlak en 7% is niet gevonden. 28,7% van de zonne-straling bereikt de aarde direct en wordt rechtstreeks in de ruimte gereflecteerd met 8,8%.

De aarde albedo opbrengsten met 22,5% wolken en atmosferische diffusie, en 8,8% van het aardoppervlak.

Evenwichtstemperatuur van de Aarde gezien de albedo

Bewolking

Troebelheid alleen grote invloed, en twee tegenstrijdige wijze, de energiebalans van de aarde.

  • Wolken absorberen kleine hoeveelheid invallende straling ongeveer 2% gemiddeld. Het grootste effect is de verstrooiing van zonnestraling die 40% van de straling treft dan 17% van de zonnestraling wordt gereflecteerd. Dit maakt de wolken de grootste bijdrage aan aardse albedo opleveren. De resterende 23% wordt door de wolken aan het aardoppervlak gedragen en geabsorbeerd door het. Door deze directe oppervlak straling moet de diffuse straling van wolken en de lucht zelf worden toegevoegd.
  • Evenzo veel efficiënter veel van de infrarode straling ontvangen op aarde terug, waardoor ook een belangrijke bron van broeikasgassen. Het evenwicht tussen de twee effecten is niet eenvoudig te bepalen, maar schattingen wijzen op een 40% meer energie dan het meegenomen zodat het netto effect zou afkoelen. Uiteraard zijn dergelijke berekeningen gemaakt op de huidige wolken. Niemand kan zorgen voor het volledige effect van de prehistorische wolken of de wolken de toekomst, omdat de configuratie en distributie van deze niet alleen afhankelijk van de luchtvochtigheid, maar ook van aërosolen en eventuele condensatie kernen in de lucht.

Dispersie

Luchtmoleculen buigen fotonen die hen treffen. Dit verschijnsel heet moleculaire dispersie en door het effect parameter afwijking van deze schokken hoger of lager zal zijn. De dispersie is wat geeft de kenmerkende blauwe kleur van de lucht aan. De stijging van atmosferische deeltjesconcentratie vermindert en de lucht neemt een karakteristieke zwarte kleur, beschreven door astronauten.

12% van de invallende zonnestraling wordt verstrooid door de atmosfeer. Dankzij dit verschijnsel komt extra zonlicht verstrooid wordt, stuiteren in de lucht en keert terug naar de aarde als diffuse straling. Dit diffuse straling vertegenwoordigt 5%. De resterende 7% wordt verspreid in de ruimte bijdraagt ​​aan de albedo.

Dit verschijnsel aanzienlijk draagt ​​ook bij aan het broeikaseffect, waar veel van de infrarode straling wordt uitgestraald in de aarde is vanwege deze stralen stuiteren vrije moleculen water of kooldioxide.

Stralingsbalans van de Aarde

De aardse stralingsbalans verwijst naar het feit dat gedurende langere tijd de temperatuur op aarde in wezen constant blijft. Dit betekent een thermisch evenwicht tussen straling die door de bovenkant van de atmosfeer en het verlaten van de energie geabsorbeerd door de atmosfeer en straalt de energie die door het aardoppervlak en uitstralen, omdat geen van de partijen temperatuurstijgingen. Energiebeurzen worden uitgedrukt in Watt per vierkante meter. Echter, de recente metingen geven aan dat de aarde absorbeert 0,85 ± 0,15 W / m meer dan het uitzendt in de ruimte. Deze stijging, in verband met opwarming van de aarde, wordt verondersteld te zijn veroorzaakt door de recente stijging van de concentraties van broeikasgassen.

Zonnestraling

De zon is verantwoordelijk voor alle energie die het aardoppervlak bereikt. De zon zendt straling die kan worden beschouwd als korte golf en vrijwel doorboort de sfeer bijna naadloos. We zullen zien hier de interacties die je hebt met de atmosfeer. Aarde slim energie van een zon in de bovenste atmosfeer is 1.366 W / m ;. Maar enige gedeelte energie kruist de aarde naar de zon, terwijl alle grond kwesties, dus je moet de zonne-constante van 4 die leidt tot 342 W / m verdelen. Die kracht, 77 W / m wordt gereflecteerd door wolken of verspreid via de lucht in ruimte en 30 W / m wordt naar de ruimte door het aardoppervlak gereflecteerde. Dus 107 W / m zijn verloren in de ruimte door het albedo van de aarde. De albedo is 0,313 zo verloren in de ruimte 0,313 * 342 = 107 W / m. Dus zijn 342-107 = 235 W / m die het penetreren van de sfeer. Maar eerst iets anders:

  • Van de 342 W / m 51,7%, dwz 177 W / m verspreid door wolken of atmosferische gassen. Slechts 2% is 7W / m worden geabsorbeerd door de wolken.
  • De lucht absorbeert 17,5% of 60 W / m.
  • Een aardoppervlak 28,7% van het aanvankelijke zonnestraling, namelijk 198 W / m, waarvan 19,9% die 168 W / m worden geabsorbeerd door de aarde en 8,8 direct bereikt % is 30 W / m direct uitgestraald in de ruimte.

Evenwicht korte straling

  • Op de bovenkant van de atmosfeer verloren 31,3% is 107 W / m korte straling voert derhalve 235 W / m atmosfeer.
  • De sfeer absorbeert 19,5% van de korte straling overeenkomend met 67 W / m.
  • Het aardoppervlak absorbeert 49,1% hetgeen overeenkomt met 168 W / m ..

Warmtestraling aarde

Aarde, zoals elke warme lichaam straling uitzendt, maar dat is haar veel lagere temperatuur dan de zon straalt infrarode straling van een golflengte veel langer dan het incident en de wisselwerking met de uitstoot van broeikasgassen uit de atmosfeer. Meer dan 75% van de warmte opgevangen door de atmosfeer kan worden toegeschreven aan de werking van broeikasgassen. De sfeer zowel ontvangen transfers energie in de ruimte en naar het oppervlak van de aarde; tot de bij elke richting bedrag is afhankelijk van de structuur en de dichtheid van de atmosfeer. Na ontvangst van het oppervlak van de aarde, de atmosfeer meer energie van de zon dat de oppervlaktetemperatuur ook gemiddeld 14 ° C bereikt First things first:

  • Het aardoppervlak uitstraalt heet warmtestraling in de atmosfeer ten bedrage van 114% van de invallende zonnestraling 390 W / m.
  • Van deze 40 W / m rechtdoor in de ruimte.
  • De resterende 350 W / m geabsorbeerd door de atmosfeer.
  • De aarde straalt in de atmosfeer 23% van de invallende zonnestraling, dat is 78 W / m voor de verdamping van water. Elke gram water voor waterdamp voldoet, moet 537 calorieën gestolen uit het oppervlak van de aarde te vangen. Het is hetzelfde effect als wanneer we nat en verdamping van water koelt ons op ons lichaam.
  • De aarde straalt in de atmosfeer van 7% van de invallende zonnestraling, dat is 24 W / m convectieve turbulentie en atmosferische lucht. We weten dat de lucht in contact met het oppervlak van de aarde is verhit, zodat het uitzet, minder zwaar en stijgt, neemt ook de dichtere koude lucht daalt waarbij warmte ontleent aan het oppervlak van de aarde en voltooit de cyclus. Dit wordt convectie genoemd en er is een overdracht van warmte van de aarde naar de atmosfeer.
  • De atmosfeer absorbeert 132% van de invallende zonnestraling 452 W / m ..
  • De sfeer alle hot lichaam zendt thermische straling uitgezonden door de 151,7% van de invallende zonnestraling 519 W / m en maakt de grond uitstraalt naar 94,7% van de invallende zonnestraling 324 W / m.

Evenwicht lange infrarode straling of

  • Op de bovenkant van de atmosfeer straalt 68,7% ie 235 W / m. Zoals in het albedo verdreven 31,3% van de energie van dit gebied gaat naar 100% en de aarde-atmosfeer systeem niet verwarmd.
  • In termen van sfeer verlies je 67 W / m lange golfenergie, maar de sfeer is opgedaan 67 W / m kortegolf energie is evenwichtig.
  • Qua oppervlakte het is verloren in energie longwave 492 W / m zo het aardoppervlak won ook 492 W / m is ook gebalanceerd.
(0)
(0)
Vorige artikel Rodger Corser
Volgende artikel Arauco War

Commentaren - 0

Geen reacties

Voeg een Commentaar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha