θ I λ dl dz I λ +di λ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Η ένταση I λ προσεγγίζεται ως δέσμη παράλληλων ακτίνων (dω 0) Δέσμη ηλιακών ακτίνων

Transcript

1 ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Η ένταση I προσεγγίζεται ως δέσμη παράηων ακτίνων (dω 0) θ I Δέσμη ηιακών ακτίνων Ατμοσφαιρικό στρώμα ρ dl dz I +di Εξασθένιση: di = kρidl k = k α + k (Απορρόφηση + σκέδαση ) Εκπομπή: di = jρdl (Θερμική εκπομπή + σκέδαση) s k δεν περιέχει σκέδαση για τη γήινη ακτινοβοία j =0 για την ηιακή ακτινοβοία k : Μαζικός συντεεστής εξασθένισης (cm 2 gr -1 ) j v : συντεεστής συνάρτησης πηγής (W μm -1 sr -1 gr -1 ) Συνοικά: di = k ρi dl + j ρdl Θέτοντας J j / k Επειδή dz=cosθ dl: di kρcosθdz di kρdl = I + J = I + J 9

2 Νόμος Beer-Bouguer-Lambert Για μια δέσμη ηιακής ακτινοβοίας ( = μm) θεωρούμε ότι δεν υπάρχει εκπομπή ακτινοβοίας από το σύστημα ατμόσφαιρα-γη, ούτε συνεισφορά από ποαπή σκέδαση J =0 di di = I = kρds k ρds I I ( s ) s di 1 1 I = k I (0) 0 ρds s1 I( s1 ) = I(0) exp kρds 0 Αν το μέσον είναι ομογενές, τότε k είναι ανεξάρτητο της θέσης s. Θέτοντας u s 1 = ρ ds 0 (οπτικός δρόμος της δέσμης) s 1 τ = k ρds ή (οπτικό πάχος ή οπτικό βάθος) 0 10

3 I ( s ) = I (0) e = I (0) e ku 1 Η εξασθένιση μιας δέσμης όταν διέρχεται από ένα μέσον είναι μια απή εκθετική συνάρτηση με εκθέτη το γινόμενο του μαζικού συντεεστή εξασθένισης και του οπτικού δρόμου που διανύει η δέσμη τ Διαπερατότητα του μέσου I ( s ) 1 ku τ T = = e = e I (0) Αν το μέσον δεν σκεδάζει την ακτινοβοία: Απορροφητικότητα: απορροφούμενηένταση Α = = 1 T = προσπίπτουσα ένταση e ku Αν το μέσον σκεδάζει την ακτινοβοία: Ανακαστικότητα: R = οπισθοσκεδαζόμενηένταση προσπίπτουσα ένταση Για να διατηρείται η ενέργεια: Α + T + R = 1 Ενεργός θερμοκρασία Τ e ΜΕΛΑΝ ΣΩΜΑ: F=σT 4 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΣΩΜΑ: F=σT e 4 Ενεργός θερμοκρασία ενός σώματος είναι η θερμοκρασία που θα είχε ένα μέαν σώμα που θα εξέπεμπε την ίδια ροή ακτινοβοίας ανά μονάδα επιφάνειάς του. 11

4 Ενεργός θερμοκρασία F s = σ T 4 se = W m -2 σ= W cm -2 K -4 (σταθερά των Stefan-Boltzmann) 2 E s = F s 4π R s d R s = 696x10 3 km F d Es Rs = = F 2 s 4π d d 2 d m = 1.496x10 8 km 2 2 R d s s = Fs = Fd dm dm s = Ηιακή σταθερά = 1362 W m -2 12

5 Συνοική ισχύς που δέχεται η γή: Eo 2 π Γ = s R Συνοική ισχύς που φθάνει στο έδαφος: E = s R 2 (1 r) εδ π Γ Ανακαστική ικανότητα r = ανακώμενηροή προσπίπτουσα ροή Ακτινοβοία της γης (σαν μέαν σώμα): EIR = 4πR σt γ 2 4 Γ e Θερμική ισορροπία Ε απορροφούμενη = Ε εκπεμπόμενη E = E πr (1 r) s= 4πR σt εδ IR Γ Γ γ e T γ e (1 r) s = σ Η Τ γe εξαρτάται μόνο από την ανακαστικότητα και την απόσταση από τον ήιο (μέσω της s) 13

6 ΠΛΑΝΗΤΗΣ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΑΠΟ ΤΟΝ ΗΛΙΟ [10 6 km] ΡΟΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ [kw m -2 ] ΛΕΥΚΟΤΗΤΑ r ΕΡΜΗΣ ΑΦΡΟΔΙΤΗ ΓΗ ΑΡΗΣ ΔΙΑΣ ΚΡΟΝΟΣ ΟΥΡΑΝΟΣ ΠΟΣΕΙΔΩΝΑΣ ΠΛΟΥΤΩΝ Η Τ e είναι ανεξάρτητη του μεγέθους του πανήτη Τ e ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΠΟΥ ΔΕΝ ΑΠΟΡΡΟΦΑ ΤΗ ΓΗΙΝΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Stefan-Boltzmann Law: F = σ T e 4 T e = (F/σ) 1/4 Η γή εκπέμπει όση απορροφά F εδ E sπ R (1 r) 1362 Wm (1.33) = = = 240Wm 4π εδ Γ 2 2 RΓ πrγ 2 Άρα χωρίς ατμόσφαιρα: T e = 255 Κ Η γη θα ήταν παγωμένη (-18 C) Η πραγματική μέση θερμοκρασία της γης είναι: T = 288 K (15 C) 14

7 Τ = 288 Κ 15

8 ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ Προκαείται από απορρόφηση της υπέρυθρης γήινης ακτινοβοίας (~80%) o (τριατομικά αέρια: CO 2, CH 4, H 2 O, N 2 O, O 3 και CFCs) Η απορροφούμενη ενέργεια επανεκπέμπεται προς όες τις διευθύνσεις (άρα και προς το έδαφος) Είναι φυσικό φαινόμενο το οποίο συνέβαινε ανέκαθεν Ανθρωπογενείς δραστηριότητες αυξάνουν τις συγκεντρώσεις των θερμοκηπικών αερίων οδηγώντας σε Παγκόσμια Θέρμανση Συνέπειες της παγκόσμιας θέρμανσης (ενισχυμένο φαινόμενο του θερμοκηπίου) Αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της γης Απορρύθμιση του κίματος Θερμική διαστοή της υδρόσφαιρας (1) Λιώσιμο των παγετώνων (2) (1) και (2) Αύξηση της μέσης στάθμης της θάασσας Παγκοσμίως.5 m στα επόμενα 100 χρόνια Στην Εάδα, mm την δεκαετία Τροποποίηση του ρεύματος το Κόπου Αύξηση των ακραίων καιρικών φαινομένων 16

9 17

10 18