ΥΔΡΟΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τομέας Υδατικών Πόρων ΥΔΡΟΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Νίκος Μαμάσης, Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ Δημήτρης Κουτσογιάννης, Αναπληρωτής Καθηγητής ΕΜΠ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Αθήνα 2010

ΑΔΕΙΑ ΧΡΗΣΗΣ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ: ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΤΟ ΟΖΟΝ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ 3

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ (1/8) ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Aγωγή(conduction) Η μεταφορά θερμότητας πραγματοποιείται από μόριο σε μόριο, ενώ η ταχύτητα μεταφοράς, εξαρτάται από την δομή των μορίων του υλικού (καλοίκακοί αγωγοί θερμότητας) Mεταγωγή(convection) Η μεταφορά θερμότητας πραγματοποιείται με μετακίνηση μαζών (π.χ αέρα ή νερού) Aκτινοβολία(radiation) Όλα τα αντικείμενα με θερμοκρασία μεγαλύτερη από το απόλυτο μηδέν εκπέμπουν ακτινοβολία, η οποία προέρχεται από την ισχυρή ταλάντωση των ηλεκτρονίων των μορίων. Η ακτινοβολία ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός υπό τη μορφή κυμάτων που απελευθερώνουν ενέργεια όταν απορροφώνται από κάποιο σώμα. Ορισμένα από τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας είναι: Τα μεγαλύτερα μήκη κύματος μεταφέρουν λιγότερη ενέργεια Το εκπεμπόμενο μήκος κύματος εξαρτάται από την θερμοκρασία του αντικειμένου Τα αντικείμενα με μεγάλη θερμοκρασία εκπέμπουν περισσότερη ακτινοβολία Τα θερμότερα αντικείμενα εκπέμπουν σε ευρύτερη περιοχή του φάσματος σε σχέση με τα ψυχρότερα 4

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ (2/8) ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ - ΕΚΠΟΜΠΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΑΠΟ ΜΟΡΙΑ Κάθε μόριο κατέχει μία ποσότητα ενέργειας, εκτός από αυτή που οφείλεται στην κίνησή του στο χώρο. Αυτή η ενέργεια περιλαμβάνει τρεις κύριες μορφές: Κινητική και ηλεκτροστατική δυναμική ενέργεια από ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα κάθε ατόμου Ενέργεια που συνδέεται με την δόνηση των ατόμων γύρω από τη μέση θέση τους Ενέργεια που συνδέεται με την περιφορά των μορίων γύρω από το κέντρο βάρους τους Η κβαντομηχανική προβλέπει ότι για κάθε μόριο επιτρέπονται συγκεκριμένες τροχιές ηλεκτρονίων, εύρος δονήσεων και ρυθμός περιστροφής. Κάθε πιθανός συνδυασμός των τριών μπορεί να προσδιοριστεί με ένα επίπεδο ενέργειας το οποίο είναι το άθροισμα των τριών ενεργειών. Κάθε μόριο ανεβαίνει ή κατεβαίνει σε κάποιο επίπεδο ενέργειας απορροφώντας ή εκπέμποντας ακτινοβολία. Η θεωρία προβλέπει συγκεκριμένες μετακινήσεις στα επίπεδα οι οποίες παραμένουν ίδιες στην εκπομπή και στη λήψη. Δεδομένου ότι ένα μόριο απορροφά και ακτινοβολεί ενέργεια σε διαχωρισμένες ποσότητες (που αντιστοιχούν στις επιτρεπόμενες αλλαγές στο επίπεδο ενέργειας του), συνεπάγεται ότι μπορεί να αντιδράσει με ακτινοβολία που έχει συγκεκριμένα μήκη κύματος 5

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ (3/8) Ενέργεια ακτινοβολίας Η ενέργεια που μεταφέρεται με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σχεδόν ποτέ δεν είναι ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος (μονοχρωματική), αλλά αποτελείται από ένα σύνολο μονοχρωματικών ακτινοβολιών. Η κατανομή της ενέργειας ακτινοβολίας σε συνάρτηση με το μήκος κύματος ονομάζεται φάσμα. Η ακτινοβολία στις διάφορες περιοχές του φάσματος (κάθε περιοχή αντιστοιχεί σε ένα διάστημα τιμών του μήκους κύματος), έχει συγκεκριμένες ιδιότητες. Για παράδειγμα η ορατή ακτινοβολία αντιστοιχεί στην περιοχή με μήκη κύματος από 0.39 έως 0.72 μm(ιώδες και ερυθρό αντίστοιχα) Μελανό σώμα Ένα υποθετικό σώμα το οποίο περιλαμβάνει ένα ικανό αριθμό μορίων και που απορροφά και εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε όλα τα μέρη του φάσματος, έτσι ώστε: να απορροφάται το σύνολο της εισερχόμενης ακτινοβολίας να εκπέμπεται η μέγιστη δυνατή ακτινοβολία σε όλα τα μήκη κύματος και σε όλες τις διευθύνσεις Γκρίζο σώμα(graybody) Ένα υποθετικό σώμα στο οποίο η ακτινοβολία που απορροφά ή εκπέμπει είναι ανεξάρτητη από το μήκος κύματος 6

Τυπικό Μήκος κύματος (μm) 10-7 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ (4/8) Ακτίνες Γάμα ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΦΑΣΜΑ 10-4 10-1 0.5 2 10 3 10 6 Ακτίνες Χ Υπεριώδης Ορατό φώς Υπέρυθρο Μικροκύματα Τηλεόραση λ=0.64 μm λ=0.60 μm λ=0.57 μm λ=0.53 μm λ=0.50 μm λ=0.47 μm λ=0.43 μm 10 8 Ραδιοκύματα 7

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ (5/8) ΜΟΝΟΧΡΩΜΑΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Νόμος του Planck Η ένταση μονοχρωματικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από μελανό σώμα σε μήκος κύματος λ, εξαρτάται αποκλειστικά από τη θερμοκρασία του σώματος και δίδεται από τη σχέση: όπου: Ε bλ =c 1 /[λ 5 (e c 2 /λτ -1)] c 1 =3.74*10-16 Wm 2 c 2 =1.44*10-2 mk λτομήκοςκύματοςσεm T η θερμοκρασία του σώματος σε βαθμούς Kelvin Νόμος της μετατόπισης του Wien(displacement law) Η μέγιστη ένταση ακτινοβολίας μελανού σώματος εκπέμπεται σε συγκεκριμένο μήκος κύματος, το οποίο δίδεται από τη σχέση: όπου: λ m =2897/T λ m τομήκοςκύματοςσεμm T η θερμοκρασία του σώματος σε βαθμούς Κelvin 8

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ (6/8) ΕΝΤΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Νόμος των Stefan-Boltzman Η ένταση ακτινοβολίας μελανού σώματος δίδεται από τη σχέση: E b =στ 4 όπου: σησταθεράstefan-boltzmanπουισούταιμε5.67*10 8 Wm 2 Κ 4 T η θερμοκρασία του σώματος σε βαθμούς Κelvin Η παραπάνω σχέση προκύπτει από την ολοκλήρωση της σχέσης του Planck σε όλο το πεδίο ορισμού του μήκους κύματος. Η ένταση ακτινοβολίας έχει μονάδες ισχύος ανά επιφάνεια, και συνήθως υπολογίζεται σε W m -2, ή J s -1 m -2 ήcalmin -1 m -2 9

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ (7/8) ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Η ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα εξασθενεί από την σκέδαση, την ανάκλαση και την απορρόφηση, διεργασίες που πραγματοποιούνται από τα μόρια και τα σωματίδια της ατμόσφαιρας Σκέδαση-διάχυση(scattering-diffusion) Το φαινόμενο όπου η προσπίπτουσα σε ένα σώμα ακτινοβολία, στη συνέχεια κατευθύνεται προς όλες τις διευθύνσεις, ομοιόμορφα ή ανομοιόμορφα. Η ακτινοβολία μετά τη σκέδαση ονομάζεται διάχυτη. Η σκέδαση στην ατμόσφαιρα μπορεί να πραγματοποιηθεί από μόρια ή μικρά σωματίδια, είναι επιλεκτική και εξαρτάται από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας Ανάκλαση(reflection) Η επιστροφή ενός τμήματος της ηλιακής ακτινοβολίας πίσω στο διάστημα. Ανάκλαση πραγματοποιείται από σωματίδια μεγαλύτερα από 0.7 μm Απορρόφηση(absorption) Η μεταβολή της ηλιακής ενέργειας σε θερμότητα η οποία πραγματοποιείται από τα μόρια των ατμοσφαιρικών αερίων 10

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ (8/8) ΕΚΠΟΜΠΗ-ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ Iκανότητα εκπομπής(emissivity) Mέτρο του πόσο ισχυρά εκπέμπει ένα σώμα σε δεδομένο μήκος κύματος ε λ =Ε λ /Ε bλ όπου: Ε λ ημονοχρωματικήακτινοβολίατουσώματος Ε bλ ημονοχρωματικήακτινοβολίατουμελανούσώματος Iκανότητα εκπομπής γκρίζου σώματος(graybody emissivity) ε=ε/ε b όπου: Ε η ακτινοβολία του σώματος Ε b ηακτινοβολίατουμελανούσώματος Ικανότητα απορρόφησης(absorptivity) Αντίστοιχοιορισμοίμετηνικανότηταεκπομπής(α λ,α) Νόμος του Kirchhoff Υλικά που έχουν υψηλή ικανότητα απορρόφησης σε ένα μήκος κύματος έχουν και υψηλή ικανότητα εκπομπής σε αυτό το μήκος κύματος, ενώ η ικανότητα εκπομπήςισούταιμετηνικανότητααπορρόφησης: ε λ =α λ 11

ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ TOY ΗΛΙΟΥ Γενική περιγραφή Ο ήλιος (τυπικό αστέρι του γαλαξία μας), είναι μια πυρακτωμένη αεριώδης μάζα που αποτελείται κυρίως από υδρογόνο και ήλιο. Η θερμοκρασία στον πυρήναυπολογίζεταισε14*10 6 ο C Στρώματα του ηλίου Φωτόσφαιρα (photosphere). Ένα στρώμα σε ακτίνα 7*10 5 km, πάχους μερικών εκατοντάδων km και θερμοκρασία περίπου 6000 Κ Χρωμόσφαιρα (chromosphere). Ένα στρώμα πάχους 2500 km, πάνω από τη φωτόσφαιρα, με θερμοκρασία που αυξάνει από 4300 Κ στο κάτω όριο μέχρι 10 5 Κστοεξωτερικόόριο Ηλιακός άνεμος (solar wind). Το ακανόνιστο ρεύμα από εξαιρετικά ζεστά ιονισμένα σωματίδια που προέρχονται από την χρωμόσφαιρα. Αντιδρούν με το μαγνητικό πεδίο της γης και την ανώτερη ατμόσφαιρα. Στην τροχιά της γης οι ταχύτητεςείναιτηςτάξηςτων500m/sκαιοιθερμοκρασίες10 6 Κ Ηλιακό στέμμα (corona). Το πυκνότερο εσωτερικό τμήμα του ηλιακού ανέμου στο οποίο διαχέεται φωτοσφαιρική ακτινοβολία και προκαλεί διάχυτο φως Φαινόμενα στην επιφάνεια του ηλίου Κατακόρυφη μεταφορά θερμότητας από μεταγωγικές διεργασίες (convective granules), ηλιακές κηλίδες (sunspots), φωτεινές κηλίδες (faculae) και αναλαμπές(flares) 12

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΦΑΣΜΑ ΤΟΥ ΗΛΙΟΥ (1/2) ΓΕΝΙΚΑ Η ηλιακή ενέργεια προέρχεται από θερμοπυρηνικές αντιδράσεις (σύντηξη ατόμων υδρογόνου σε ήλιο) που γίνονται στον πυρήνα του ηλίου. Η ενέργεια μεταφέρεται στην επιφάνεια με ακτινοβολία ή με κατακόρυφη μεταφορά του υδρογόνου Τα αέρια στην εξωτερική χρωμόσφαιρα και στο ηλιακό στέμμα εκπέμπουν στην μακρά υπεριώδη περιοχή του φάσματος (<0.1 μm). H ακτινοβολία αυτή εξαρτάται από την ηλιακή δραστηριότητα και αυξάνεται πολύ αν υπάρχουν αναλαμπές, αλλά πρακτικά είναι το 1 προς 100.000 της συνολικής ακτινοβολίας Η φωτόσφαιρα εκπέμπει στην ορατή και υπέρυθρη περιοχή του φάσματος ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Ακτινοβολίαφωτόσφαιρας:2.33*10 25 kj/minή3.9*10 26 Watt(γιαΤ=5800Κ) Ένταση ηλιακής ακτινοβολίας (irradiance) στη φωτόσφαιρα: 63.3*10 6 Watt/m 2 Ένταση ηλιακής ακτινοβολίας στη γη (εξωτερικό όριο ατμόσφαιρας): 1367 W /m 2 Σύνθεση ηλιακής ακτινοβολίας: 8% υπεριώδης (<0.4 μm), 39% ορατή (0.4-0.7 μm), 53% υπέρυθρη(>0.7), μέγιστο(0.5 μm) 13

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΦΑΣΜΑ ΤΟΥ ΗΛΙΟΥ (2/2) 1.E+14 ΜΟΝΟΧΡΩΜΑΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (W*m -2 *m -1 ) 8.E+13 6.E+13 4.E+13 2.E+13 E( W * m E bλ 2 ) = λ= 1 E bλ λ= 0.5 2 1 c1 ( W * m * m ) = c2 5 λt λ ( e 1) 0.E+00 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ (μm) Διάγραμμα 1. Ένταση μονοχρωματικής ακτινοβολίας από μελανό σώμα που έχει τη θερμοκρασία του ηλίου 14

ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (1/11) Εξερχόμενη ηλιακή ενέργεια Εξαρτάται από την ηλιακή δραστηριότητα Υψόμετρο ηλίου Εξαρτάται από το χρόνο (ώρα, ημέρα) και το γεωγραφικό πλάτος Απόσταση Γης-Ηλίου Η απόσταση είναι στις 3/1 147*10 6 και στις 4/7 152*10 6 km, (μεταβολή απόστασης: 3.4%) Ανάγλυφο Ηλιοφάνεια Εξαρτάται από τη νεφοκάλυψη και τη δομή της ατμόσφαιρας ΕΔΑΦΟΣ Ανακλαστικότητα επιφάνειας Εξαρτάται από την επιφάνεια (νερό: 0.06, έδαφος: 0.25, χιόνι: 0.95 15 Σχήμα 1. Παράγοντες που επιδρούν στην εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία

ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (2/11) ΙΣΧΥΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Ι Η =ΕΝ Γ * ΕΠ Γ-Η =3.9*10 26 W ΕΝΤΑΣΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΗ ΦΩΤΟΣΦΑΙΡΑ ΕΝ Φ =Ι Η / ΕΠ Φ =6.3*10 7 W/m 2 ΑΚΤΙΝΑ ΦΩΤΟΣΦΑΙΡΑΣ R Φ =0.7*10 6 km ΜΕΣΗ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΗΛΙΟΥ-ΓΗΣ R Η-Γ =149.5*10 6 km ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΩΤΟΣΦΑΙΡΑΣ ΕΝ Φ =σ*τ 4, Τ 5780 ο Κ ΕΝΤΑΣΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΗ ΓΗ (ΗΛΙΑΚΗ ΣΤΑΘΕΡΑ) ΕΝ Γ =1367 W/m 2 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΦΩΤΟΣΦΑΙΡΑΣ ΕΠ Φ = 4*π* R Φ2 =6.2*10 12 km 2 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΣΦΑΙΡΑΣ ΕΠ Γ-Η =4*π* R Η-Γ2 =2.8*10 17 km 2 16

ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (3/11) 200 17 ος αιώνας 18 ος αιώνας 0 1600 1650 1700 1750 1800 200 19 ος αιώνας 20 ος αιώνας 0 1800 1850 1900 1950 2000 Διάγραμμα 2. Χρονική εξέλιξη αριθμού ηλιακών κηλίδων 17

ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (4/11) Συνολική Μήκη κύματος από 0.12-0.4 μm Μήκη κύματος από 0.4-1 μm Μήκη κύματος από 1-100 μm Διάγραμμα 3. Χρονική εξέλιξη ηλιακής ακτινοβολίας (W/m 2 ) 18

ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (5/11) Υπολογισμός της εκκεντρότητας (eccentricity)και της ηλιακής σταθεράς (solar constant) EARTH 4 July D 1 152*10 6 km E 0 D 2 147*10 6 km EARTH 3 January SUN Συντελεστής εκκεντρότητας d= (D mean /D j ) 2 D mean Η μέση απόσταση γης-ηλίου( 149.6*10 6 km) D j η απόσταση γης-ηλίου την ημέραj Συνολική ηλιακή ενέργεια E=3.9*10 26 W Ηλιακή ακτινοβολία στη γη I=E/(4*π*D 2 )W/m 2 Ηλιακή σταθεράi o =E/(4*π*D mean2 ) W/m 2 19

ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (6/11) ΕΑΡΙΝΗ ΙΣΗΜΕΡΙΑ (21 ΜΑΡΤΙΟΥ) ΑΡΚΤΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ (66.5 o Β) ΤΡΟΠΙΚΟΣ ΚΑΡΚΙΝΟΥ (23.5 o Β) ΙΣΗΜΕΡΙΝΟΣ ΤΡΟΠΙΚΟΣ ΑΙΓΟΚΑΙΡΩ (23.5 o Ν) ΑΡΚΤΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ (66.5 o Ν) ΘΕΡΙΝΟ ΗΛΙΟΣΤΑΣΙΟ (22 ΙΟΥΝΙΟΥ) ΧΕΙΜΕΡΙΝΟ ΗΛΙΟΣΤΑΣΙΟ (22 ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΥ) ΦΘΙΝΟΠΩΡΙΝΗ ΙΣΗΜΕΡΙΑ (22 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ) Εικόνα 1. Ηλιοστάσια και ισημερίες 20

ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (7/11) 21 Μαρτίου Ημέρα 80 (40 o N, 80,12) (40 o N, 172,12) (40 o N, 355,12) (40 o N, 355,17) W (40 o N, 80,18) (40 o N, 172,19) 21 Ιουνίου Ημέρα 172 S N 21 Δεκεμβρίου Ημέρα 355 (40 o N, 355, 8) E (40 o N, 80, 7) (40 o N, 172,6) Σχήμα 2. Μεταβολή θέσης ηλίου (γεωγραφικό πλάτος 40 ο ) Το ύψος και το αζιμούθιο του Ηλίου είναι συνάρτηση των Γεωγραφικό πλάτος Ημέρας Ώρας της ημέρας 21

ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (8/11) Ισημερίες Γωνία πρόσπτωσης α: 90-39=51 o α 90 o 39 o Θερινό ηλιοστάσιο Γωνία πρόσπτωσης α: 90-(39-23.5)=73.5 o Χειμερινό ηλιοστάσιο Γωνία πρόσπτωσης α: 90-(39+23.5)=27.5 o α α 90 o 39 o 23.5 o 90 o 39 o 23.5 o Σχήμα 3. Γωνία πρόσπτωσης ηλιακών ακτινών το μεσημέρι, σε επίπεδη επιφάνεια και σε γεωγραφικό πλάτος 39 ο 22

ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ 90 21/12 21/3 22/6 ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (9/11) ΥΨΟΜΕΤΡΟ ΗΛΙΟΥ ( ο ) ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (kwh/m 2 ) 3.94 8.19 11.6 22/6 ΜΕΣΗ ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (w/m 2 ) 164.2 341.4 483.8 ΕΙΣΕΡΧΟΜΕΝΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (w/m 2 ) 1500 ΥΨΟΜΕΤΡΟ ΗΛΙΟΥ o ( ) 60 30 21/3 21/12 1000 500 ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (w/m 2 ) 0 0 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 ΩΡΕΣ Διάγραμμα 4. Υψόμετρο ήλιου και εισερχόμενη ακτινοβολία σε επίπεδη επιφάνεια και σε 39 ο

ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (10/11) Διάγραμμα 5. Ημερησία ηλιακή ακτινοβολία στο εξωτερικό όριο της ατμόσφαιρας (w/m 2 ) 24

ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ (11/11) Βόρειος πόλος (90 ο Β) Ισημερινός (0 ο ) 600 600 500 500 400 400 300 300 200 200 100 100 0 ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ 0 ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ Νότιος πόλος (90 ο Ν) Νέα Υόρκη (40 ο Β) 600 600 500 500 400 400 300 300 200 200 100 100 0 ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ 0 ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΔΕΚ Εικόνα 2. Διαγράμματα ημερήσιας ηλιακής ακτινοβολίας στο εξωτερικό όριο της ατμόσφαιρας (w/m 2 ) 25

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (1/7) Άμεση διάχυτη ακτινοβολία Άμεση (direct) Η ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της Γης χωρίς να σκεδαστεί στην ατμόσφαιρα Εξαρτάται από: την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα το ύψος του ηλίου την απόσταση του ηλίου το υψόμετρο της θέσης την κλίση της επιφάνειας Διάχυτη (diffuse) Η ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της Γης αφού έχει αλλάξει η διεύθυνση της από ανάκλαση ή σκέδαση στην ατμόσφαιρα. Εξαρτάται από: την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα το ύψος του ηλίου το υψόμετρο της θέσης την ανακλαστικότητα του εδάφους το ποσό και το είδος των νεφών τη σύνθεση των σωματιδίων και των αερίων της ατμόσφαιρας 26

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (2/7) Εικόνα 3. Μέση ετήσια ηλιακή ακτινοβολία στο έδαφος (W/m 2 ) 27

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (3/7) Ηλιακή ισχύς και ενέργεια στο έδαφος Βόρεια Ελλάδα Αιγαίο Κρήτη kwh/m 2 W/m 2 kwh/m 2 W/m 2 kwh/m 2 W/m 2 ΙΑΝ 60 81 62 83 74 100 ΦΕΒ 75 112 81 120 93 138 ΜΑΡ 113 152 130 175 145 195 ΑΠΡ 132 183 173 241 189 262 ΜΑΙΟΣ 161 216 223 300 232 312 ΙΟΥΝ 181 251 249 346 254 353 ΙΟΥΛ 190 255 254 341 261 351 ΑΥΓ 171 230 227 305 235 316 ΣΕΠ 131 183 174 242 186 258 ΟΚΤ 94 126 121 162 134 180 ΝΟΕ 60 83 71 99 83 115 ΔΕΚ 49 65 52 70 65 87 ΕΤΟΣ 1416 161 1817 207 1951 222 Πηγή:RETScreen Data,NASA 28

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (4/7) 2006 2008 Άγιος Κοσμάς Ψυτάλλεια Μενίδι Ηλιούπολη Εικόνα 4. Άμεση ηλιακή ακτινοβολία στην Αττική (πηγή METEONET) 29

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (5/7) Άμεση διάχυτη ακτινοβολία Αναλογία διάχυτης προς άμεσης ημερήσιας ηλιακής ακτινοβολίας 1 0.5 0 0 0.4 0.8 Διάχυτη προς συνολική ηλιακή ακτινοβολία Διαπερατότητα της ατμόσφαιρας 0.7 0.5 0.3 Θεσσαλονίκη Ιωάννινα Κόνιτσα Λάρισα Ι Φ Μ Α Μ Ι Ι Α Σ Ο Ν Δ Μήνας Διάγραμμα 6. Διάχυτη προς συνολική ηλιακή ακτινοβολία ανά μήνα σε διάφορες πόλεις Πηγή: B. D. Katsoulis, A Comparison of Several Diffuse Solar Radiation, Theor. Appl. Climatol. 44, 181-186 (1991) 30

Παράγοντες που υπεισέρχονται στον υπολογισμό της γωνίας πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας Solar elevation SOUTH I 1 I o f EAST ZENITH Surface s aspect NADIR Surface s slope Unit inclined surface NORTH Αζιμούθιο ηλίου-azimuth(azm) Η γωνία μεταξύ (α) του επιπέδου που περνάει από τον ήλιο, τον παρατηρητή και το zenith του και (β) της γραμμής που συνδέει τον παρατηρητή και το Βορρά Η γωνία μετριέται από το Βορρά στη φορά των δεικτών του ρολογιού σε μοίρες (0-360). Υψόμετρο ηλίου-elevation (Elv). Η γωνία μεταξύ (α) της γραμμής του ορίζοντα του παρατηρητή και (β) της γραμμής που συνδέει τον παρατηρητή και τον ήλιο. Η γωνία μετριέται από τον ορίζοντα προς τα πάνω σε μοίρες(0-90). Κλίση κυτάρων-slope(slp) Η κλίση ενός κυτάρου είναι η μεγαλύτερη κλίση ενός επιπέδου που ορίζεται από το κύταρο και τα οκτώ γειτονικά του. Η γωνία μετριέται σε μοίρες(0-90). Διεύθυνση κυτάρων-aspect(asp) Η διεύθυνση που βλέπει η κλίση. Η γωνία μετριέται από το Βορρά στη φορά των δεικτών του ρολογιού σε μοίρες (0-360). Επίπεδα κύταρα παίρνουν την τιμή -1. 31

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (6/7) Εικόνα 5. Επίδραση ανάγλυφου στη γωνία πρόσπτωσης 32

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (7/7) Εικόνα 6. Επίδραση ανάγλυφου στη γωνία πρόσπτωσης 33

ΦΩΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Χρώμα ουρανού. Όταν ο ήλιος είναι ψηλά έχουμε επιλεκτική σκέδαση της ηλιακής ακτινοβολίας στα μικρότερα μήκη κύματος (ιώδες) από ότι στα μεγαλύτερα (ερυθρό), από τα μόρια (οξυγόνου και αζώτου) και τα σωματίδια της ατμόσφαιρας. Όταν ο ήλιος είναι χαμηλά οι ακτίνες περνάνε από περισσότερη ατμoσφαιρική μάζα, και σχεδόν όλη η ιώδης ακτινοβολία σκεδάζεται ενώ παραμένει η ερυθρά Άλως (halo). Η παρουσία κρυστάλλων πάγου προκαλεί την διάθλαση του ηλιακού ή σεληνιακού φωτός με αποτέλεσμα να παρατηρείται ένας δακτύλιος φωτός γύρω από αυτά τα ουράνια σώματα Αχλύς (haze). Η παρουσία σωματιδίων με μέγεθος τέτοιο ώστε να σκεδάζουν το ηλιακό φως ανεξάρτητα από το μήκος κύματος, έχει σαν αποτέλεσμα ο ουρανός να φαίνεται γαλακτώδης Βόρειο-νότιο σέλλας (aurora borealis-australis). Διέγερση των μορίων των ατμοσφαιρικών αερίων της ανώτερης ατμόσφαιρας από συγκρούσεις με τα φορτισμένα σωματίδια του ηλιακού ανέμου, με αποτέλεσμα την εκπομπή ορατού φωτός Ουράνιο τόξο(rainbow). Συμβαίνει όταν βρέχει σε ένα μέρος του ουρανού(το οποίοκοιτάοπαρατηρητής)ενώοήλιοςλάμπειστοάλλομέρος(πίσωαπότον παρατηρητή). Το φαινόμενο πραγματοποιείται όταν η ορατή ακτινοβολία εισέρχεται στις σταγόνες βροχής και για κάθε χρώμα συμβαίνει ανάκλαση με διαφορετική γωνία Μεταβολή της φωτεινότητας των αστεριών. Ο παρατηρητής βλέπει τα αστέρια να τρεμοσβήνουν καθώς παρεμβάλλονται ποικίλες μάζες αέρα με διαφορετικές ιδιότητες, που μεταβάλλουν προσωρινά τα χαρακτηριστικά της εισερχόμενης ακτινοβολίας 34

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΤΗΣ ΓΗΣ (1/5) ΔΙΑΣΤΗΜΑ ΒΡΑΧΕΑ ΚΥΜΑΤΑ ΜΑΚΡΑ ΚΥΜΑΤΑ 19 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Απορρόφηση από το Ο 3 Απορρόφηση απ τα σύννεφα Απορρόφηση από τους υδρατμούς και τη σκόνη ΩΚΕΑΝΟΙ, ΕΔΑΦΟΣ Εισερχόμενη 100 ηλιακή ακτινοβολία Εξερχόμενη ακτινοβολία βραχέων και μακρών κυμάτων 100 6 20 4 6 64 Διάχυση απ την ατμόσφαιρα Ανάκλαση απ τα σύννεφα 51 Απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας απ την επιφάνεια Ανάκλαση απ την επιφάνεια Απορρόφηση και εκπομπή απ τα αέρια θερμοκηπίου (CO 2, H 2 O κ.ά.) 111 117 Εκπομπή μακρών κυμάτων απ την επιφάνεια Απορρόφηση και εκπομπή απ τα σύννεφα Ροή αισθητής θερμότητας (αγωγή, κατακόρυφη μεταφορά) 96 Απορρόφηση μακρών κυμάτων απ την επιφάνεια 7 Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος(1997) Ροή λανθάνουσας θερμότητας (εξατμιση, διαπνοή) 23 Εικόνα 7. Ενεργειακό Ισοζύγιο της γης 35

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΤΗΣ ΓΗΣ (2/5) Εικόνα 8. Μέση ετήσια καθαρή ακτινοβολία στο έδαφος (W/m 2 ) 36

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΤΗΣ ΓΗΣ (3/5) Θεωρητική ακτινοβολία ήλιου και γης Μονοχρωματική ακτινοβολία (W*m-2*μm-1) 8*10 13 6*10 13 4*10 13 2*10 13 Μονοχρωματική ακτινοβολία (W*m-2*μm-1) 2.4*10 7 1.8*10 7 1.2*10 7 0.6*10 7 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Μήκος κύματος (μm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Μήκος κύματος (μm) Διάγραμμα 7. ΦΑΣΜΑ ΜΕΛΑΝΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ (5800 Κ) ΕΝΤΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ: 6.3*10 7 W m -2 Διάγραμμα 8. ΦΑΣΜΑ ΜΕΛΑΝΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ (288 Κ) ΕΝΤΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ: 390 W m -2 37

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΤΗΣ ΓΗΣ (4/5) 2.0 1 0 O 2 O 3 O 3 O 2 O 2 H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O CO H 2 O 2 CO 2 O 3 CO 2 CO 2 Ηλιακή ακτινοβολία από μελανό σώμα στους 6000 Κ H 2 O 1.0 0.5 Εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια της γης 0.2 0.1 0.05 0.02 Εξερχόμενη γήϊνη ακτινοβολία από την κορυφή της ατμόσφαιρας Γήϊνη ακτινοβολία από μελανό σώμα στους 290 Κ 0.01 0.005 0.002 0.001 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 5.0 10 20 50 100 Μήκος κύματος (μm) Διάγραμμα 9. Απορρόφηση ηλιακής - γήινης ακτινοβολίας 38

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΤΗΣ ΓΗΣ (5/5) CO 2 ΑΦΡΟΔΙΤΗ Σχετική ένταση ακτινοβολίας H 2 O O 3 CO 2 ΓΗ CO 2 ΑΡΗΣ 8 10 14 20 Μήκος κύματος (μm) Διάγραμμα 10. Απορρόφηση ακτινοβολίας σε σχέση με Αφροδίτη και Άρη 39

ΟΝΟΜΑ-ΟΓΚΟΣ (%) ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ (1/2) Αέρια θερμοκηπίου ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΓΗΪΝΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΧΡΟΝΙΚΗ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΥΔΡΑΤΜΟΙ (H 2 O) 0-4% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO 2 ) 0.035% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Συγκέντρωση C0 2 (μέρη στο εκατομμύριο) 360 350 340 330 320 310 1958 1962 1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 Έτος ΜΕΘΑΝΙΟ (CH 4 ) 0.00017% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 CH 4 (ppmv) 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 10 4 5*10 3 10 3 500 200 100 50 10 ΧΡΟΝΟΣ (έτη πριν) 40

ΟΝΟΜΑ-ΟΓΚΟΣ (%) ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ (2/2) Αέρια θερμοκηπίου ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΓΗΪΝΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΧΡΟΝΙΚΗ ΜΕΤΑΒΟΛΗ 0.3 ΧΛΩΡΟΦΘΟΡΑΝ- ΘΡΑΚΕΣ (CFCs) 0.00000001% CF 2 Cl 2 (ppbv) 0.2 0.1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0.0 1750 1800 1850 1900 1950 2000 ΕΤΟΣ 310 ΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ (Ν 2 Ο) 0.00003% N 2 O (ppbv) 300 290 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 280 1750 1800 1850 1900 1950 2000 ΕΤΟΣ OZON (O 3 ) Τροποσφαιρικό 0.000004% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 41

100 km 80 km 200 km 120 km ΦΩΤΟΪΟΝΙΣΜΟΣ N 2, O 2, O Μονοχρωματική ακτινοβολία ΤΟ ΟΖΟΝ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (1/6) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Μήκος κύματος (μm) Απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας M.K. < 0.1μm Π.Η.Ε. = 0.0003% Π.Α. = 100% Μονοχρωματική ακτινοβολία ΦΩΤΟΔΙΑΣΠΑΣΗ Ο 2 Ο 2 + Υ.Α. =2Ο 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Μήκος κύματος (μm) M.K. 0.1-0.2 μm Π.Η.Ε. = 0.01% Π.Α. = 100% 60 km 40 km 20 km Μονοχρωματική ακτινοβολία ΦΩΤΟΔΙΑΣΠΑΣΗ Ο 3 Ο 3 + Υ.Α. = Ο 2 + Ο 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Μήκος κύματος (μm) M.K. 0.2-0.31 μm Π.Η.Ε. = 1.75% Π.Α. = 100% ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΟΖΟΝΤΟΣ Ο 2 + Ο + Μ = Ο 3 + Μ Μήκος κύματος M.K. Ποσοστό ηλιακής ενέργειας Π.Η.Ε. Ποσοστό απορρόφησης Π.Α. ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΗ ΟΖΟΝΤΟΣ ΑΠΟ ΝΟ Χ, ΝΟ, ΝΟ 2, Cl, ClO Cl + O 3 = ClO + O 2 ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΑΠΟ ΣΥΝΝΕΦΑ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΑΠΟ ΥΔΡΑΤΜΟΥΣ ΕΔΑΦΟΣ Μονοχρωματική ακτινοβολία M.K. 0.31-0.72 μm Π.Η.Ε. = 45% Μονοχρωματική ακτινοβολία M.K. >0.72 μm Π.Η.Ε. = 53% 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Μήκος κύματος (μm) Π.Α. = 17% 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Μήκος κύματος (μm) 42

ΤΟ ΟΖΟΝ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (2/6) 350 325 300 ΣΥΝΟΛΙΚΟ Ο 3 (Dobson units) 275 250 225 200 175 150 1956 60 64 68 72 76 80 84 88 ΕΤΟΣ Διάγραμμα 11. Χρονική εξέλιξη όζοντος Οκτώβριου (1957-1986), (μετρήσεις Halley Bay, Ανταρκτική) 43

ΤΟ ΟΖΟΝ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (3/6) Διάγραμμα 12. Χρονική εξέλιξη όζοντος 44

ΤΟ ΟΖΟΝ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (4/6) Εικόνα 9. Μείωση στρατοσφαιρικού όζοντος 45

ΤΟ ΟΖΟΝ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (5/6) Η μείωση του όζοντος στην Ανταρκτική στις 11/9/1999 όπως φαίνεται από δορυφόρους της NASA (τα χαμηλά επίπεδα φαίνονται με μπλε). Η τρύπα αναπτύσσεται μεταξύ τέλος Αυγούστου και αρχών Οκτωβρίου Εικόνα 10. Μείωση στρατοσφαιρικού όζοντος 12/10/1995 13/10/1995 14/10/1995 15/10/1995 Δορυφορικές φωτογραφίες της μείωσης του όζοντος από 12-15/10/1995. Με σκούρο μπλέ το κρίσιμο όριο της συγκέντρωσης (210-240 μονάδες Dobson) 46

ΤΟ ΟΖΟΝ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (6/6) Εικόνα 11. Αλληλεπίδραση όζοντος και ενώσεων χλωρίου 47

ΑΣΚΗΣΗ (1/3) Με βάση μετρήσεις που πραγματοποιούνται στο εξωτερικό όριο της ατμόσφαιρας, η μέση ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας (ηλιακή σταθερά),έχει εκτιμηθεί σε 1367 W/m2. Υπολογίστε τα παρακάτω μεγέθη: 1. Τη συνολική ηλιακή ενέργεια 2. Τη μέση ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας στη φωτόσφαιρα 3. Την ενεργό θερμοκρασία της φωτόσφαιρας 4. Την ενεργόθερμοκρασία της γης υποθέτοντας πλανητικό συντελεστή ανακλαστικότητας 0.3 και ότι η εισερχόμενη ακτινοβολία στον πλανήτη ισούται με την εξερχόμενη. 48

ΑΣΚΗΣΗ (2/3) ΙΣΧΥΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Ι Η =ΕΝ Γ * ΕΠ Γ-Η =3.9*10 26 W ΕΝΤΑΣΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΗ ΦΩΤΟΣΦΑΙΡΑ ΕΝ Φ =Ι Η / ΕΠ Φ =6.3*10 7 W/m 2 ΑΚΤΙΝΑ ΦΩΤΟΣΦΑΙΡΑΣ R Φ =0.7*10 6 km ΜΕΣΗ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΗΛΙΟΥ-ΓΗΣ R Η-Γ =149.5*10 6 km ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΩΤΟΣΦΑΙΡΑΣ ΕΝ Φ =σ*τ 4, Τ 5780 ο Κ ΕΝΤΑΣΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΤΗ ΓΗ (ΗΛΙΑΚΗ ΣΤΑΘΕΡΑ) ΕΝ Γ =1367 W/m 2 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΦΩΤΟΣΦΑΙΡΑΣ ΕΠ Φ = 4*π* R Φ2 =6.2*10 12 km 2 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΣΦΑΙΡΑΣ ΕΠ Γ-Η =4*π* R Η-Γ2 =2.8*10 17 km 2 49

ΑΣΚΗΣΗ (3/3) ΕΙΣΕΡΧΟΜΕΝΗ ΗΛΙΑΚΗ ΙΣΧΥΣ (1-ρ)*ΕΝ Γ *π*r Γ 2 ΙΣΧΥΣ ΓΗΙΝΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΕΞ Γ *4*π*R Γ 2 (1-ρ)*ΕΝ Γ *π*r Γ 2 =ΕΞ Γ *4*π*R Γ 2 ΕΞ Γ = (1/4)*(1-0.3)*ΕΝ Γ =243 w/m 2 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΓΗΣ 256 ο Κ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΜΕΓΙΣΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΦΩΤΟΣΦΑΙΡΑΣ: 0.5 μm ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΜΕΓΙΣΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΓΗΣ: 11.4 μm 50

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ (1/3) Διάγραμμα 3. Χρονική εξέλιξη (W/m2), Judith Lean and E. O. Hulburt, Evolution of the Sun's Spectral Irradiance Since themaunder Minimum, Geophysical Research Letters, Vol. 27, no. 16, Pages 2425-2428, 2000, CC: BY-NC-SA Διάγραμμα 5. Ημερησία ηλιακή ακτινοβολία στο εξωτερικό όριο της ατμόσφαιρας (w/m 2 ),Christopherson, W.R., Geosystems, Prentice Hall, New Jersey, 2000, CC: BY-NC-SA Διάγραμμα 6. Διάχυτη προς συνολική ηλιακή ακτινοβολία ανά μήνα σε διάφορες πόλεις, B. D. Katsoulis, A Comparison of Several Diffuse Solar Radiation, Theor. Appl. Climatol. 44, 181-186 (1991), CC: BY-NC-SA Διάγραμμα 12. Χρονική εξέλιξη όζοντος, Solomon, S. Stratospheric ozone depletion: a reviewof concepts and history, Reviews of Geophysics, 37, 3, pp 275 316, 1999, CC: BY-NC-SA 51

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ (2/3) Εικόνα 3. Μέση ετήσια ηλιακή ακτινοβολία στο έδαφος (W/m 2 ), Christopherson, W.R., Geosystems, Prentice Hall, New Jersey, 2000, CC: BY- NC-SA Εικόνα 7. Ενεργειακό Ισοζύγιο της γης, Κουτσογιάννης, Δ. και Θ. Ξανθόπουλος, Τεχνική Υδρολογία, Εθνικό MετσόβιοΠολυτεχνείο, Αθήνα, 1997, CC: BY-NC-SA Εικόνα 8. Μέση ετήσια καθαρή ακτινοβολία στο έδαφος (W/m 2 ), Christopherson, W.R., Geosystems, Prentice Hall, New Jersey, 2000, CC: BY- NC-SA Εικόνα 9. Μείωση στρατοσφαιρικούόζοντος, «Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματοςπροβείτε σε επικοινωνία με τη Μονάδα Υλοποίησης Ανοικτών Ακαδημαϊκών Μαθημάτων.» Εικόνα 10. Μείωση στρατοσφαιρικούόζοντος, http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/, CC: BY-NC-SA Εικόνα 11. Αλληλεπίδραση όζοντος και ενώσεων χλωρίου,,christopherson, W.R., Geosystems, Prentice Hall, New Jersey, 2000, CC: BY-NC-SA 52

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ (3/3) Γραμματικάκης, Γ., Η κόμη της Βερενίκης, Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης, 1992, CC: BY-NC-SA Ahrens, C. D., Essentials of Meteorology, An Invitation to the Atmosphere, West Publishing, Minneapolis, 1993, CC: BY-NC-SA Barry, R.G, and R.J. Chorley, Atmosphere, weatherand climate, Routledge, NewYork, 1992, CC: BY-NC-SA McIlveen, R., Fundamentals of Weather and Climate, Chapman, 1992. Riehl, H., Introduction to the Atmosphere, McGraw Hill, 1978, CC: BY-NC-SA Wallace, J. M., and P. V. Hobbs, Atmospheric Science, An Introductory Survey, Academic Press, San Diego, Ca., 1977, CC: BY-NC-SA 53

ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.