تابش های خورشید و اثر جو بر آن ها

منبع اصلی انرژی برای به حرکت در آوردن جو، خورشید است. این انرژی به صورت امواج الکترومغناطیس با طول موجی بین 0/2 تا 4 میکرون تابش می شود (هر میکرون یک هزارم میلی متر است)؛ در نتیجه امواج ساطع شده از خورشید با دمای 6000 درجه کلوین نواحی فرابنفش، مرئی و فروسرخ طیف الکترومغناطیس را شامل می شوند که بیش ترین انرژی خورشیدی توسط طول موج 5/0 میکرون تابش می شود.

سطح زمین با دمای متوسط 15 درجه سانتی گراد در ناحیه ی فروسرخ در طول موج های 4 تا 100 میکرون تابش می کند که در آن بیش ترین انرژی با طول موج 10 میکرون تابش می شود.

برای مقایسه طول موج های تابش شده از خورشید و زمین غالبا از عبارات موج کوتاه برای تابش خورشیدی و موج بلند برای تابش زمین استفاده می شود.

جو نیز به نوبه ی خود امواج الکترومغناطیسی تابش می کند. برای یک جو استاندارد و در ناحیه وردسپهر، این امواج از نوع موج بلند می باشند. مجموعه ی تابش های زمین و جو را تابش های زمینی می نامند.

عوامل موثر بر میزان تابش های خورشیدی دریافتی در سطح زمین عبارتند از:

الف) انرژی خروجی از خورشید: این انرژی خصوصا در ناحیه فرابنفش بسیار متغیر است به طوری که در هنگام بیشینه ی لکه های خورشیدی افزایش می یابد.

ب) فاصله زمین تا خورشید: میزان تابش های خورشیدی فرودی به زمین به طور قائم در وضعیتی که زمین در اوج(دورترین فاصله از خورشید) قرار دارد نسبت به وضعیتی که زمین در حضیض (کوتاه ترین فاصله از خورشید) قرار گرفته باشد 7 درصد بیشتر است. به طور میانگین میزان تابش خورشیدی در وضعیت قائم در بالای جو حدود 1396 وات بر مترمربع می باشد که ثابت خورشیدی نام دارد.

ج) ارتفاع خورشید: این مسئله به عرض جغرافیایی، فصل و زمان روز بستگی دارد عموما با افزایش عرض جغرافیایی، مقدار تابش خورشیدی فرودی بر واحد سطح کاهش می یابد.

د) طول روز

هـ) شفافیت و قابلیت گذردهی جو: این مورد به همراه موارد بیان شده جمعا میزان تابش خورشیدی واصله به واحد سطح زمین را مشخص می کند.

اثر شفافیت جو بر تابش های خورشید که به طور تقریبی در شکل بالا نمایش داده شده است برای آسمانی که ترکیبات

معمولی خود را داشته و 48 آن از ابر پوشیده شده باشد به شرح ذیل خلاصه می شود:

A : میزان تابش های خورشیدی فرودی در بالای جو زمین 100 واحد.

B : جذب فرابنفش توسط ازن در پوش سپهر 3- واحد.

C : جذب توسط گازها، بخار آب و گرد وغبار در وردسپهر 14- واحد.

D : بازتاب توسط ابرها بدون تغییر در طول موج نور 24- واحد.

E : پراکنش تابش ها 6 واحد.

در نتیجه با جمع و تفریق موارد بالا میزان تابش های خورشیدی فرودی به سطح زمین عبارت خواهد بود از 53+ واحد.

لازم به توضیح است که پراکنش تابش ها عمدتا به نسبت ابعاد ذرات پراکننده به طول موج نور تابیده به آن ذره بستگی دارد. در جو به طور معمول بیش ترین پراکنندگی متوجه نور آبی است و آبی بودن آسمان به همین دلیل است.

F : از 53 واحد رسیده به زمین به طور متوسط 6 واحد بازتاب پیدا می کند.

G : چهل و هفت واحد باقی مانده از 53 (6 واحد بازتاب) جذب می شوند.

تابش های خورشیدی واصله به سطح را می توان به دو دسته ی مستقیم و پراکنده تقسیم نمود؛

تابش های مستقیم:

هیچ گونه برخوردی را با ذرات موجود در جو نداشته است

تابش های پراکنده:

پس از چندین برخورد به زمین رسیده اند.

جمع درصدهای مذکور در D، E و F که به سمت فضا بازتاب می یابند را «سپیدایی سیاره» (آلبیدوی سیاره) می نامند. به عبارت دیگر نسبت انرژی خورشیدی بازتاب یافته به انرزی خورشیدی فرودی به بالای جو سپیدایی سیاره ای نامیده می شود که در این حالت 36/0 یا 36 درصد می باشد.

اندازه ی هر یک از مولفه های D، E و F می تواند در شرایط متفاوت متغیر باشد؛ برای مثال اگر آسمان بدون ابر باشد؛ 24 واحد قسمت D وجود نخواهد داشت و این میزان به زمین برخورد خواهد کرد؛ در صورتی که آسمان کاملا پوشیده از ابر باشد میزان بازتاب یافته بیش تر از 24 واحد خواهد بود.

اندازه ی آلبیدو به طبیعت سطوح نیز بستگی دارد، به عنوان مثال برای جنگل 5 تا 10 درصد، برای زمین های شنی 20 تا 30 درصد، برای برف تازه 80 تا 90 درصد و برای دریا 7 تا 9 درصد خواهد بود.

هم چنین زوایه ی برخورد اشعه ی خورشید با سطح نیز در اندازه ی آلبیدو تاثیر خواهد داشت؛ بدین معنی که در لحظه ی طلوع یا غروب خورشید آلبیدو در حدود 100 درصد بوده در حالی که در هنگام ظهر به پایین ترین مقدار خود خواهد رسید.

با توجه به مقادیر فوق فقط 14 واحد (C) از انرژی خورشیدی به طور مستقیم جذب وردسپهر می شود که اگر مقدار انرژی جذب شده در واحد حجم هوا را محاسبه کنیم مقدار آن بسیار ناچیز خواهد بود؛ در حالی که این میزان برای سطح زمین قابل توجه می باشد.