Μετεωρολογία Κλιματολογία (ΘΕΩΡΙΑ): Μιχάλης Βραχνάκης Αναπληρωτής Καθηγητής ΤΕΙ Θεσσαλίας
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 4 ΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. Η ΓΗ ΚΑΙ Η ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ 2.1 Γενικά 2.2 Γενικά χαρακτηριστικά του ήλιου 2.2.1 Φωτόσφαιρα 2.2.2 Χρωμόσφαιρα 2.2.3 Ηλιακό στέμμα 2.3. Ηλιακή ακτινοβολία
Γενικά Η ηλιακή ακτινοβολία είναι ουσιαστικά η μόνη ενέργεια υπεύθυνη για τις μεταβολές α) της θερμοκρασίας (εδάφους και ατμόσφαιρας), και β) άλλων μετεωρολογικών φαινομένων της ατμόσφαιρας 10 20 ev
Γενικά χαρακτηριστικά του ήλιου Μέση απόσταση από τη γη: 149,5x10 6 km Ακτίνα: 695.700 km Πυρήνας: 90% της μάζας του - αέρινη κατάσταση - θερμοκρασία στο κέντρο 20x10 6 o C - πυκνότητα 100 gr/cm 3
Γενικά χαρακτηριστικά του ήλιου Το φωτεινότερο τμήμα δείχνει πηγές ακτινοβολίας x
Φωτόσφαιρα Περιβάλλει τον πυρήνα και είναι η ορατή επιφάνεια του ήλιου. Έχει πάχος 200-300 km και αποτελεί τη βασική πηγή εκπομπής της ηλιακής ακτινοβολίας. Σχηματισμοί: κηλίδες, οι κόκκοι, οι πυρσοί και οι εκλάμψεις.
Φωτόσφαιρα Ηλιακές κηλίδες Οι κηλίδες είναι σκοτεινές και μεγάλων διαστάσεων περιοχές. Προκαλούνται από μαγνητική δραστηριότητα, η οποία παρεμποδίζει τα ρεύματα μεταφοράς θερμότητας από το ηλιακό εσωτερικό. Ο σχετικός αριθμός των ηλιακών κηλίδων είναι ένα μέτρο της ηλιακής δραστηριότητας. Ηλιακές κηλίδες (σκοτεινές περιοχές). Η διάστικτη επιφάνεια είναι αποτέλεσμα εκρήξεων ενέργειας. Παρατηρήσεις εκατοντάδων ετών έδειξαν μια περιοδικότητα 11 ετών του αριθμού των κηλίδων.
Φωτόσφαιρα Ηλιακοί κόκκοι Οι κόκκοι στη φωτόσφαιρα του Ήλιου που προκαλείται από ρεύματα μεταφοράς (θερμικές στήλες ή κύτταρα Bénard) του πλάσματος μέσα στη ζώνη συναγωγής του Ήλιου. Η κοκκώδη εμφάνιση παράγεται από τις κορυφές αυτών των κυττάρων συναγωγής. Ένα τυπικό κοκκίο έχει διάμετρο της τάξεως των 1000 km και διαρκεί 8-20 λεπτά πριν διασκορπιστεί. Ανά πάσα στιγμή, η επιφάνεια του Ήλιου καλύπτεται από περίπου 4 x 10 6 κόκκους. Κάτω από το φωτόσφαιρα είναι ένα στρώμα "supergranules" έως 30.000 km σε διάμετρο, με διάρκεια ζωής έως και 24 h.
Φωτόσφαιρα Ηλιακές εκλάμψεις Ξαφνικές λάμψεις που παρατηρούνται πάνω από την επιφάνεια του ήλιου ή των ηλιακών άκρων, η οποία ερμηνεύεται ως μια μεγάλη απελευθέρωση ενέργειας (περίπου 1/6 της συνολικής παραγωγής ενέργειας από τον ήλιο κάθε sec.). Ακολουθείται από μια κολοσσιαία στεφανιαία μαζική εκτίναξη γνωστή ως CME. Πρόκειται για σύννεφα των ηλεκτρονίων, ιόντων, καθώς και ατόμων που εκτοξεύονται από το στέμμα του ήλιου στο διάστημα λόγω θέρμανσης του πλάσματος σε δεκάδες εκατομμύρια ⁰K. Στη Γη φτάνουν 1 ή 2 μέρες μετά το συμβάν.
Χρωμόσφαιρα Εκτείνεται μέχρι ύψος 12-14.000 km. Το κατώτερο μέρος της λέγεται απορροφητική ή ανατρεπτική στοιβάδα. Σ αυτή οφείλεται η ύπαρξη πολυάριθμων σκοτεινών γραμμών του ηλιακού στέμματος. C: core; CME: coronal mass ejection; Co: corona; CoSt: coronal streamers; CS: chromosphere; CZ: convective zone; F: filament; Fl: flare; G: granules; P: plages (bright spots); Pr: prominence; RZ: radiative zone; SG: supergranules; Sp: sprites; SS: sunspots; SW: solar wind
Ηλιακό στέμμα Διακρίνεται σε εσωτερικό και εξωτερικό. Το εσωτερικό εκτείνεται μέχρι ύψος 160.000 km από την επιφάνεια του ήλιου και έχει θερμοκρασία 1 x 10 6 o C, ενώ η θερμοκρασία του εξωτερικού ξεπερνά τους 1,5 x 10 6 o C. Έκλειψη ηλίου 1999
ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Είναι το αποτέλεσμα της εκπομπής και απορρόφησης της φωτόσφαιρας, της ανατρεπτικής στοιβάδας και του ηλιακού στέμματος. Είναι ηλεκτρομαγνητικής (99%) και σωματιδιακής (πρωτόνια και νετρόνια).
ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ
ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Ο όρος μέλαν σώμα στη φυσική, περιγράφει ένα ιδανικό σώμα το οποίο απορροφά όλο το φως που προσπίπτει πάνω του (και κατ' επέκταση, όλη την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία). Ένα τέτοιο σώμα δεν ανακλά ούτε διαχέει το προσπίπτον σε αυτό φως (ή άλλης μορφής ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία) ούτε αφήνει το φως να το διαπεράσει. Ωστόσο, σε αντίθεση με την εικόνα που δίνεται από την ονομασία του, το ίδιο το σώμα εκπέμπει κάποια ακτινοβολία, το φάσμα της οποίας εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία του.
ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Το μέγιστο εκπομπής του ήλιου είναι στο 0,48 μ (μικρά) και για το σύστημα γης-ατμόσφαιρας είναι στα 10 μ. Το φάσμα εκπομπής του ήλιου είναι μεταξύ 0,15 μ (υπεριώδες) μέχρι 3 μ και λέγεται ηλιακή ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος, ενώ για το σύστημα γης-ατμόσφαιρας το φάσμα εκπομπής είναι μεταξύ 3 μ - 100 μ και λέγεται μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία.
ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Ηλιακή σταθερά λέγεται το ποσό της ηλιακής ενέργειας το οποίο δέχεται η μονάδα επιφάνειας κάθετα εκτεθειμένη στις ηλιακές ακτίνες στη μονάδα του χρόνου στο όριο της ατμόσφαιρας και στη μέση απόσταση γης-ήλιου. Η τιμή της προσδιορίστηκε σε 1,96 cal.cm - 2.min -1.
ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Ολική ηλιακή ακτινοβολία = άμεση ηλιακή ακτινοβολία + διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία Εξαρτάται από (α) την τιμή της ηλιακής σταθεράς, (β) το γεωγραφικό πλάτος, (γ) την εποχή, (δ) το υψόμετρο, (ε) το ύψος του ήλιου, (στ) την απορρόφηση και διάχυση της στην ατμόσφαιρα, (ζ) την κλίση της επιφάνειας πρόσπτωσης της, (η) τη νέφωση, και (θ) το είδος και τη διάταξη των νεφών
ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία λέγεται το ποσό της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας που ανακλάται από το έδαφος και επιστρέφει στην ατμόσφαιρα. Εξαρτάται από τη λευκαύγεια της επιφάνειας (ALBEDO).
ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Η επιφάνεια του εδάφους θερμαινόμενη από την ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει σ αυτή θερμαίνεται και εκπέμπει προς την ατμόσφαιρα ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος (3-100 μ.) στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος. Η ακτινοβολία αυτή λέγεται γήινη ακτινοβολία. Η ατμόσφαιρα θερμαινόμενη και αυτή ακτινοβολεί προς όλες τις κατευθύνσεις και η ακτινοβολία αυτή λέγεται ατμοσφαιρική ακτινοβολία.
ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Το ποσό της θερμότητας που προσλαμβάνει η επιφάνεια του εδάφους από την άμεση ηλιακή ακτινοβολία είναι μεγαλύτερο από το ποσό που παίρνει από τη διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία. Στα μεγάλα όμως γεωγραφικά πλάτη, στα οποία το ύψος του ήλιου είναι μικρό, το ποσό της θερμότητας από τη διάχυτη ακτινοβολία είναι περίπου ίσο ή και μεγαλύτερο από το ποσό που παίρνει από την αντίστοιχη άμεση ακτινοβολία (αρκτικές περιοχές). Η ημερήσια πορεία της ηλιακής ακτινοβολίας είναι ανάλογη με το ύψος του ήλιου (με αίθριο καιρό). Η ετήσια πορεία της εξαρτάται από: 1) το γεωγραφικό πλάτος, 2) την απόκλιση του ήλιου, 3) τη νέφωση, και 4) τη διαφάνεια της ατμόσφαιρας