Rayonnement atmosphérique et bilan énergétique
Comment le rayonnement solaire et terrestre se propage, est absorbé et émis par, et est diffusé au sein de l'atmosphère, établissant ainsi le bilan énergétique planétaire de la Terre.
Definition
Le rayonnement atmosphérique et le bilan énergétique désignent l'étude du rayonnement électromagnétique dans l'atmosphère et des flux d'énergie qui en résultent, lesquels déterminent la structure thermique du système Terre-atmosphère.
Scope
Ce domaine couvre le transfert du rayonnement à ondes courtes (solaire) et à ondes longues (terrestre) à travers l'atmosphère, l'absorption et l'émission du rayonnement par les gaz, les nuages et les aérosols, la répartition de l'énergie solaire incidente entre la réflexion, l'absorption et le réchauffement de surface, ainsi que le piégeage des ondes longues qui produit l'effet de serre. Il relie la microphysique des interactions moléculaires et particulaires avec le rayonnement au bilan énergétique macroscopique au sommet de l'atmosphère qui régit le climat.
Sub-topics
Core questions
- Comment le rayonnement solaire est-il absorbé, diffusé et réfléchi lorsqu'il traverse l'atmosphère ?
- Qu'est-ce qui contrôle l'émission du rayonnement à ondes longues vers l'espace et vers la surface ?
- Pourquoi la surface de la Terre est-elle plus chaude que ce que sa température d'équilibre radiatif ne le prévoirait ?
- Comment de faibles changements dans la composition atmosphérique perturbent-ils le bilan énergétique planétaire ?
Key theories
- Théorie du transfert radiatif
- Une description formelle, via l'équation de transfert radiatif, de la manière dont l'intensité radiante change le long d'un chemin à travers un milieu absorbant, émetteur et diffusant ; la base de tous les calculs quantitatifs de rayonnement atmosphérique.
- Bilan énergétique planétaire
- Le principe selon lequel, à l'équilibre, le rayonnement solaire absorbé est égal au rayonnement à ondes longues sortant, de sorte que le flux net au sommet de l'atmosphère contraint la température moyenne globale.
Mechanisms
Le rayonnement solaire incident culmine dans le visible ; environ 30 % est réfléchi (albédo planétaire) et le reste est absorbé par la surface et l'atmosphère. La surface et l'atmosphère réchauffées émettent un rayonnement à ondes longues selon la loi de Planck modifiée par l'émissivité ; les gaz à effet de serre absorbent et réémettent ce rayonnement à ondes longues, réduisant la perte nette vers l'espace et augmentant la température de surface. L'équilibre est décrit par l'équation de transfert radiatif combinant l'absorption de Beer-Lambert avec l'émission thermique et les termes sources de diffusion.
Clinical relevance
La quantification des flux radiatifs est fondamentale pour la modélisation climatique, les récupérations par télédétection de la température et de la composition, l'évaluation des ressources en énergie solaire, et la définition du forçage radiatif utilisé dans les évaluations des politiques climatiques.
History
La base radiative du réchauffement atmosphérique a été esquissée par Joseph Fourier et quantifiée par les mesures d'absorption des gaz de John Tyndall et le calcul du dioxyde de carbone de Svante Arrhenius en 1896. Chandrasekhar a formalisé la théorie du transfert radiatif au milieu du XXe siècle, et les mesures de l'ère satellitaire depuis les années 1980 ont permis de contraindre le bilan énergétique de la Terre à quelques watts par mètre carré près.
Key figures
- Svante Arrhenius
- Subrahmanyan Chandrasekhar
- Kevin Trenberth
Related topics
Seminal works
- trenberth2009
- liou2002
- wallaceHobbs2006
Frequently asked questions
- Quelle est la différence entre le rayonnement à ondes courtes et le rayonnement à ondes longues ?
- Le rayonnement à ondes courtes est l'énergie solaire reçue par la Terre, concentrée dans les longueurs d'onde visibles et proche infrarouges ; le rayonnement à ondes longues est l'infrarouge thermique émis par la Terre et l'atmosphère plus froides. L'atmosphère est largement transparente aux ondes courtes mais absorbe fortement les ondes longues.
- Pourquoi la Terre est-elle plus chaude que ce qu'un simple bilan radiatif ne le prévoirait ?
- Les gaz à effet de serre absorbent le rayonnement à ondes longues sortant et en réémettent une partie vers la surface, de sorte que la surface doit être plus chaude que la température de rayonnement effective de la planète pour équilibrer le bilan énergétique.