Η ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα. Τι ονομάζουμε ακτινοβολία;  Η εκπομπή και διάδοση ενέργειας με ηλεκτρομαγνητικά κύματα (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία).

Παρουσίαση με θέμα: "Η ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα. Τι ονομάζουμε ακτινοβολία;  Η εκπομπή και διάδοση ενέργειας με ηλεκτρομαγνητικά κύματα (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία)."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Η ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα

2 Τι ονομάζουμε ακτινοβολία;  Η εκπομπή και διάδοση ενέργειας με ηλεκτρομαγνητικά κύματα (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία).  Τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας είναι: ταχύτητα φωτός (c) μήκος κύματος (λ) συχνότητα (ν)

3  Η ενέργεια που εκπέμπεται ή απορροφάται από ένα σώμα συνήθως αποτελείται από ένα σύνολο ανεξάρτητων μονοχρωματικών ακτινοβολιών, δηλαδή διαφόρων μηκών κύματος.  Η κατανομή της ενέργειας της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, ως συνάρτηση του μήκους κύματος ονομάζεται φάσμα.

4 Για τη μετεωρολογία:  Ηλιακή ακτινοβολία ή ακτινοβολία μικρού μήκους: 0,3 έως 3,0 μm  Γήινη ακτινοβολία ή ακτινοβολία μεγάλου μήκους: 3,5 έως 50 μm  Η υπέρυθρη ακτινοβολία λέγεται και θερμική ακτινοβολία.

5 Ροή της Η/Μ ακτινοβολίας  η ενέργεια που διέρχεται στη μονάδα χρόνου από τη μονάδα της επιφάνειας, που τοποθετείται κάθετα στη δ/νση ακτινοβολίας

6 Ένταση της Η/Μ ακτινοβολίας  Η ενέργεια που διέρχεται, κατά μια διεύθυνση, στη μονάδα του χρόνου και της στερεάς γωνίας από τη μονάδα της επιφάνειας που τοποθετείται κάθετα στη διεύθυνση αυτή

7  Κάθε υλικό σώμα (στερεό, υγρό, αέριο) ακτινοβολεί ενέργεια με τη μορφή Η/Μ ακτινοβολίας. Το φάσμα της ακτινοβολίας αυτής εξαρτάται από τη θερμοκρασία του σώματος και το είδος της επιφάνειας του.

8 Χρήσιμες έννοιες  Αφετική ικανότητα ή ικανότητα εκπομπής για ορισμένο μήκος κύματος λ και για μια ορισμένη θερμοκρασία είναι η ενέργεια που εκπέμπει το σώμα αυτό από τη μονάδα επιφάνειας στη μονάδα του χρόνου.  Το ποσοστό της ενέργειας που απορροφάται από ένα σώμα (από τη συνολική ενέργεια που προσπίπτει πάνω του) λέγεται απορροφητική ικανότητα ή συν/της απορροφήσεως (α). Εξαρτάται από το λ και την επιφάνεια του σώματος.

9 …συνέχεια  Το ποσοστό της ακτινοβολίας που ανακλάται από το σώμα ονομάζεται ανακλαστική ικανότητα ή συν/της ανακλάσεως (r) του σώματος.  Το ποσοστό της ακτινοβολίας που διαπερνά το σώμα ονομάζεται συν/της διαφάνειας ή διαφάνεια ή συν/της μεταφοράς (t) του σώματος.  Οι δυο παραπάνω εξαρτώνται επίσης από το λ και την επιφάνεια του σώματος.

10

11 Ειδικές περιπτώσεις  Αν για ένα σώμα ισχύει:  α=1, τότε το σώμα λέγεται «μέλαν σώμα».  α=0, τότε το σώμα λέγεται «λευκό σώμα».

12 Νόμοι της ακτινοβολίας  Νόμος του Kirkhoff: ο συν/τής εκπομπής είναι ο λόγος της εκπεμπόμενης ενέργειας από ένα σώμα προς την ενέργεια που θα έκπεμπε αν το ίδιο σώμα ήταν μέλαν σώμα.  Νόμος του Planck: Η μονοχρωματική ακτινοβολία που εκπέμπει ένα μέλαν σώμα θερμοκρασίας Τα εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία και το μήκος κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας.

13 Νόμοι…συνέχεια  Νόμος του Wien: Το γινόμενο της απόλυτης θερμοκρασίας του μέλανος σώματος και του μήκους κύματος (λ m ) που αντιστοιχεί στο μέγιστο της εκπεμπόμενης από αυτό ισχύος είναι σταθερό, δηλ.

14 και......  Νόμος Stefan-Boltzmann: H ολική ισχύς που εκπέμπεται από τη μονάδα επιφάνειας μέλανος σώματος είναι ανάλογη της τέταρτης δύναμης της απόλυτης θερμοκρασίας του: όπου σ=5,67·10 -8 η σταθερά Stefan-Boltzmann

15 Ηλιακή ακτινοβολία  Το τμήμα της ΗΜ ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια του εδάφους εκτείνεται από 0.15 έως 4 μm.  Δεχόμαστε ότι ο ήλιος λειτουργεί σαν μέλαν σώμα.  Ο ρυθμός εκπομπής είναι σταθερός από όλη την επιφάνεια του ήλιου.

16 Ηλιακή σταθερά  Είναι η τιμή της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας που μετριέται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, όταν η γη βρίσκεται στη μέση απόσταση της από τον ήλιο.  I 0 =1380 W·m -2 ± 1%  Μεταβολή της I 0 θα σήμαινε μεταβολή της μέσης θερμοκρασίας της Γης  λιώσιμο ή επέκταση πάγων  άνοδος ή κάθοδος της στάθμης της θάλασσας

17 H ηλιακή ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα  Άμεση ηλιακή ακτινοβολία (direct solar radiation): το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της γης απευθείας  Διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία (diffuse solar radiation): το ποσοστό που διαχέεται από την ατμόσφαιρα και φτάνει στην επιφάνεια του εδάφους

18 …συνέχεια  Ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία (reflected solar radiation): το ποσοστό που ανακλάται από το έδαφος και επιστρέφει στην ατμόσφαιρα  Γήινη ακτινοβολία (terrestrial radiation): η επιφάνεια του εδάφους θερμαίνεται από την ακτινοβολία που πέφτει και η επιφάνεια με τη σειρά της εκπέμπει ακτινοβολία (νόμος Stefan Boltzmann)  Ατμοσφαιρική ακτινοβολία (atmospherical radiation): η ίδια η ατμόσφαιρα, λόγω της θερμοκρασίας της, ακτινοβολεί προς όλες τις κατευθύνσεις

19  Ισοζύγιο ακτινοβολιών: Πολύ σημαντικό για κάθε επιφάνεια  ΑΜΕΣΗ+ΔΙΑΧΥΤΗ=ΟΛΙΚΗ (global)

20 Εξασθένηση της ηλιακής ακτινοβολίας στη γήινη ατμόσφαιρα  Αν η ηλιακή ακτινοβολία έφτανε στη Γη χωρίς καθόλου απώλειες, θα γινόμασταν…στάχτη  Διαδικασίες εξασθένησης:  Σκέδαση-διάχυση (μεταβολή δ/νσης ακτινοβολίας)  Απορρόφηση (μεταβολή της ηλιακής ενέργειας σε θερμότητα)

21 Η ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια της γης  Ποικίλλει από τόπο σε τόπο και από χρόνο σε χρόνο: Αστρονομικοί παράγοντες  Μεταβολή απόστασης Γης-Ήλιου  Το ύψος του Ήλιου πάνω από τον ορίζοντα Γεωγραφικοί παράγοντες  Ύψος από επιφάνεια θάλασσας  Τοπογραφία σημείου παρατήρησης  Ανακλαστικότητα επιφάνειας Γεωμετρικοί παράγοντες  Προσανατολισμός και κλίση της επιφάνειας Διαδρομή της μέσα στην ατμόσφαιρα

22 ΓΗΙΝΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ  Ορισμός: το σύνολο των ακτινοβολιών που εκπέμπονται από την επιφάνεια της γης και από την γήινη ατμόσφαιρα  Πρακτικά το φάσμα της κυμαίνεται μεταξύ 1.5 μm και 100 μm

23 Απορρόφηση της γήινης ακτινοβολίας  Έντονη απορρόφηση από τα συστατικά της ατμόσφαιρας (H 2 O, O 3, CO 2 )  αποτέλεσμα της απορρόφησης η θέρμανση της ατμόσφαιρας  Μεταβολή των συστατικών  μεταβολή της απορροφούμενης ακτινοβολίας  Στην περιοχή 8μm-12μm (ατμοσφαιρικό παράθυρο) υπάρχει μικρή απορρόφηση  Τη νύχτα, η απώλεια της ακτινοβολίας προς το διάστημα ψύχει τα παρεδάφια στρώματα

24 Το φαινόμενο του θερμοκηπίου (Greenhouse Effect)

25 Κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας πάνω από την ελληνική περιοχή

26 Μέσο Ενεργειακό Ισοζύγιο  Αν δεν υπήρχε μεταφορά θερμότητας στη γη, η επιφάνεια της γης θα θερμαινόταν συνεχώς και η ατμόσφαιρα θα κρύωνε  Αλλά: υπάρχει μεταφορά θερμότητας μέσω της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας και των θαλάσσιων ρευμάτων από τις θερμότερες περιοχές προς τις ψυχρότερες

27

28 Ισοζύγιο ακτινοβολίας στην επιφάνεια της Γης (Earth Radiation Budget) R=E+T+S  R: καθαρή ακτινοβολία  Ε: θερμότητα που απομακρύνεται από την επιφάνεια μέσω της εξάτμισης  Τ: άκτινοβολία που απομακρύνεται από την επιφάνεια προς αέρα μέσω αγωγής ή μεταφοράς της αισθητής θερμότητας  S: ακτινοβολία που μεταφέρεται στο υπέδαφος της ξηράς-θάλασσας Στο βιβλίο πιο αναλυτικά

29 Ηλιοφάνεια  Το χρονικό διάστημα που η άμεση ηλιακή ακτινοβολία φτάνει μέχρι την επιφάνεια του εδάφους  Ελαττώνεται από την παρουσία νέφωησης και τοπογραφιά τοποθεσίας