الإشعاع الشمسي وبيدو الأرض

كل الطاقة التي تصل تقريبًا إلى كوكب الأرض وتقود الأحداث المناخية المختلفة ، والتيارات المحيطية ، وتوزيع النظم البيئية تنشأ من الشمس. هذا الإشعاع الشمسي المكثف كما هو معروف في الجغرافيا الطبيعية ينشأ في قلب الشمس وهو كذلك ترسل في النهاية إلى الأرض بعد الحمل الحراري (الحركة العمودية للطاقة) تدفعها بعيدًا عن الشمس النواة. يستغرق الإشعاع الشمسي حوالي ثماني دقائق للوصول إلى الأرض بعد مغادرة سطح الشمس.

بمجرد وصول هذا الإشعاع الشمسي إلى الأرض ، يتم توزيع طاقته بشكل غير متساوٍ في جميع أنحاء العالم خط العرض. عندما يدخل هذا الإشعاع إلى الغلاف الجوي للأرض ، فإنه يضرب بالقرب من خط الاستواء ويطور فائضًا في الطاقة. ولأن الإشعاع الشمسي المباشر أقل يصل إلى القطبين ، فإنهم بدورهم يطورون عجزًا في الطاقة. للحفاظ على الطاقة متوازنة على سطح الأرض ، تتدفق الطاقة الزائدة من المناطق الاستوائية باتجاه القطبين في دورة بحيث تتم موازنة الطاقة عبر الكرة الأرضية. تسمى هذه الدورة توازن الطاقة بين الأرض والغلاف الجوي.

بمجرد أن يتلقى الغلاف الجوي للأرض إشعاعًا شمسيًا على الموجة القصيرة ، يشار إلى الطاقة باسم التشمس. هذا العزل هو مدخل الطاقة المسؤول عن تحريك أنظمة الغلاف الجوي الأرضي المختلفة مثل توازن الطاقة الموصوف أعلاه ولكن أيضًا الأحداث الجوية ،

يمكن أن يكون التشمس مباشرًا أو منتشرًا. الإشعاع المباشر هو الإشعاع الشمسي الذي يستقبله سطح الأرض و / أو الغلاف الجوي الذي لم يتغير بسبب التشتت الجوي. الإشعاع المنتشر هو الإشعاع الشمسي الذي تم تعديله عن طريق التشتت.

التشتت نفسه هو واحد من خمسة مسارات يمكن أن يأخذها الإشعاع الشمسي عند دخول الغلاف الجوي. يحدث عندما ينحرف التشمس و / أو يعاد توجيهه عند دخول الغلاف الجوي عن طريق الغبار والغاز والجليد وبخار الماء الموجود هناك. إذا كانت موجات الطاقة لها طول موجي أقصر ، فهي متناثرة أكثر من تلك التي لها أطوال موجية أطول. إن الانتثار وكيفية تفاعله مع حجم الموجة مسؤولان عن العديد من الأشياء التي نراها في الغلاف الجوي مثل لون السماء الزرقاء والسحب البيضاء.

الانتقال هو مسار آخر للإشعاع الشمسي. يحدث هذا عندما تمر طاقة الموجة القصيرة والموجة الطويلة عبر الغلاف الجوي والماء بدلاً من التشتت عند التفاعل مع الغازات والجسيمات الأخرى في الغلاف الجوي.

يمكن أن يحدث الانكسار أيضًا عندما يدخل الإشعاع الشمسي إلى الغلاف الجوي. يحدث هذا المسار عندما تنتقل الطاقة من نوع من الفضاء إلى آخر ، مثل الهواء إلى الماء. عندما تتحرك الطاقة من هذه المساحات ، فإنها تغير سرعتها واتجاهها عند التفاعل مع الجسيمات الموجودة هناك. غالبًا ما يؤدي التحول في الاتجاه إلى انحناء الطاقة وإطلاق ألوان الضوء المختلفة داخلها ، على غرار ما يحدث عندما يمر الضوء عبر بلورة أو منشور.

الامتصاص هو النوع الرابع من مسار الإشعاع الشمسي وهو تحويل الطاقة من شكل إلى آخر. على سبيل المثال ، عندما يمتص الماء الإشعاع الشمسي ، تنتقل طاقته إلى الماء وترفع درجة حرارته. هذا أمر شائع في جميع الأسطح الممتصة من ورقة الشجرة إلى الأسفلت.

مسار الإشعاع الشمسي النهائي هو انعكاس. يحدث ذلك عندما يرتد جزء من الطاقة مباشرة إلى الفضاء دون أن يتم امتصاصه أو انكساره أو نقله أو تشتيته. مصطلح مهم يجب تذكره عند دراسة الإشعاع والتفكير الشمسي هو البياض.

تعرف البيادو بأنها الجودة العاكسة للسطح. يتم التعبير عنه كنسبة مئوية من التشمس المنعكس إلى التشمس الوارد و صفر في المئة هو الامتصاص الكلي بينما 100 ٪ هو الانعكاس الكلي.

من حيث الألوان المرئية ، فإن الألوان الداكنة لها بياض أقل ، أي أنها تمتص المزيد من التشمس ، والألوان الفاتحة لها "بياض مرتفع" ، أو معدلات انعكاس أعلى. على سبيل المثال ، يعكس الثلج 85-90٪ من التشمس ، بينما يعكس الأسفلت 5-10٪ فقط.

تؤثر زاوية الشمس أيضًا على قيمة البياض وزوايا الشمس المنخفضة تخلق انعكاسًا أكبر لأن الطاقة القادمة من زاوية الشمس المنخفضة ليست قوية مثل تلك القادمة من زاوية الشمس العالية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأسطح الملساء لها بياض أعلى بينما تقللها الأسطح الخشنة.

مثل الإشعاع الشمسي بشكل عام ، تختلف قيم البياض أيضًا في جميع أنحاء العالم مع خط العرض ولكن متوسط ​​البياض في الأرض حوالي 31 ٪. بالنسبة للأسطح الواقعة بين المناطق الاستوائية (23.5 درجة شمالاً إلى 23.5 درجة جنوبية) ، يبلغ متوسط ​​البياض 19-38٪. في القطبين ، يمكن أن تصل إلى 80 ٪ في بعض المناطق. هذا نتيجة لزاوية الشمس السفلية الموجودة في القطبين ولكن أيضًا للوجود العالي للثلج الطازج والجليد والمياه المفتوحة الناعمة - جميع المناطق عرضة لمستويات عالية من الانعكاسية.

اليوم ، البياض هو مصدر قلق كبير للبشر في جميع أنحاء العالم. نظرًا لأن الأنشطة الصناعية تزيد من تلوث الهواء ، فإن الغلاف الجوي نفسه أصبح أكثر انعكاسًا نظرًا لوجود المزيد من الهباء الجوي لتعكس التشمس. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البياض المنخفض لأكبر مدن العالم يخلق في بعض الأحيان الجزر الحرارية الحضرية مما يؤثر على كليهما تخطيط المدينة واستهلاك الطاقة.

كما يجد الإشعاع الشمسي مكانه في الخطط الجديدة للطاقة المتجددة - وأبرزها الألواح الشمسية للكهرباء والأنابيب السوداء لتسخين المياه. تحتوي الألوان الداكنة لهذه العناصر على بياض منخفض ، وبالتالي تمتص جميع الإشعاع الشمسي الذي يضربها ، مما يجعلها أدوات فعالة لتسخير قوة الشمس في جميع أنحاء العالم.

بغض النظر عن كفاءة الشمس في توليد الكهرباء على الرغم من دراسة الإشعاع الشمسي والأبيض ضرورية لفهم دورات طقس الأرض وتيارات المحيطات ومواقع النظم البيئية المختلفة.