تابش اتمسفری و موازنه انرژی
چگونگی انتشار، جذب، گسیل و پراکندگی تابش خورشیدی و زمینی در جو، که موازنه انرژی سیارهای زمین را تعیین میکند.
Definition
تابش اتمسفری و موازنه انرژی، مطالعه تابش الکترومغناطیسی در جو و جریانهای انرژی حاصل از آن است که ساختار دمایی سامانه زمین-جو را تعیین میکند.
Scope
این حوزه شامل انتقال تابش موج کوتاه (خورشیدی) و موج بلند (زمینی) از طریق جو، جذب و گسیل تابش توسط گازها، ابرها و ذرات معلق، تقسیم انرژی ورودی خورشیدی بین بازتاب، جذب و گرمایش سطح، و به دام افتادن موج بلند که اثر گلخانهای را ایجاد میکند، میشود. این حوزه فیزیک میکروسکوپی برهمکنشهای مولکولی و ذرات با تابش را به بودجه انرژی ماکروسکوپی بالای جو که اقلیم را هدایت میکند، پیوند میدهد.
Sub-topics
Core questions
- تابش خورشیدی چگونه هنگام عبور از جو جذب، پراکنده و بازتاب میشود؟
- چه عواملی گسیل تابش موج بلند به فضا و بازگشت آن به سمت سطح را کنترل میکنند؟
- چرا سطح زمین گرمتر از دمای تعادل تابشی پیشبینی شده است؟
- چگونه تغییرات کوچک در ترکیب جو، موازنه انرژی سیارهای را مختل میکند؟
Key theories
- نظریه انتقال تابش
- توصیفی رسمی، از طریق معادله انتقال تابش، از چگونگی تغییر شدت تابش در طول مسیری از یک محیط جاذب، گسیلنده و پراکندهکننده؛ اساس تمامی محاسبات کمی تابش اتمسفری.
- موازنه انرژی سیارهای
- این اصل که در حالت تعادل، تابش خورشیدی جذب شده برابر با تابش موج بلند خروجی است، بنابراین شار خالص بالای جو، میانگین دمای جهانی را محدود میکند.
Mechanisms
تابش ورودی خورشیدی در طیف مرئی به اوج خود میرسد؛ حدود 30% آن بازتاب میشود (آلبیدوی سیارهای) و مابقی توسط سطح و جو جذب میگردد. سطح و جو گرم شده، تابش موج بلند را طبق قانون پلانک که با گسیلندگی اصلاح شده است، گسیل میکنند؛ گازهای گلخانهای این تابش موج بلند را جذب و مجدداً گسیل میکنند، که باعث کاهش اتلاف خالص به فضا و افزایش دمای سطح میشود. این موازنه با معادله انتقال تابش توصیف میشود که جذب بیر-لامبرت را با گسیل حرارتی و جملات منبع پراکندگی ترکیب میکند.
Clinical relevance
کمیسازی شار تابشی، زیربنای مدلسازی اقلیم، بازیابیهای سنجش از دور دما و ترکیب، ارزیابی منابع انرژی خورشیدی، و تعریف واداشت تابشی (radiative forcing) مورد استفاده در ارزیابیهای سیاستهای اقلیمی است.
History
اساس تابشی گرمایش جو توسط جوزف فوریه تشریح شد و با اندازهگیریهای جان تیندال از جذب گاز و محاسبه دیاکسید کربن توسط سوانت آرنیوس در سال 1896 کمیسازی گردید. چاندراسخار نظریه انتقال تابش را در اواسط قرن بیستم رسمی کرد، و اندازهگیریهای دوران ماهوارهای از دهه 1980 بودجه انرژی زمین را تا چند وات بر متر مربع محدود کردهاند.
Key figures
- Svante Arrhenius
- Subrahmanyan Chandrasekhar
- Kevin Trenberth
Related topics
Seminal works
- trenberth2009
- liou2002
- wallaceHobbs2006
Frequently asked questions
- تفاوت بین تابش موج کوتاه و موج بلند چیست؟
- تابش موج کوتاه، انرژی خورشیدی دریافتی توسط زمین است که در طول موجهای مرئی و نزدیک به فروسرخ متمرکز شده است؛ تابش موج بلند، فروسرخ حرارتی است که توسط زمین و جو خنکتر گسیل میشود. جو عمدتاً نسبت به موج کوتاه شفاف است اما موج بلند را به شدت جذب میکند.
- چرا زمین گرمتر از آن چیزی است که یک موازنه تابشی ساده پیشبینی میکند؟
- گازهای گلخانهای تابش موج بلند خروجی را جذب کرده و بخشی از آن را به سمت سطح بازمیگردانند، بنابراین سطح باید گرمتر از دمای تابشی مؤثر سیاره باشد تا موازنه انرژی برقرار شود.