Radiasi Atmosfer dan Keseimbangan Energi
Bagaimana radiasi matahari dan terestrial merambat, diserap dan dipancarkan oleh, serta dihamburkan di dalam atmosfer, yang menentukan keseimbangan energi planet Bumi.
Definition
Radiasi atmosfer dan keseimbangan energi adalah studi tentang radiasi elektromagnetik di atmosfer dan aliran energi yang dihasilkan yang menentukan struktur suhu sistem Bumi-atmosfer.
Scope
Area ini mencakup transfer radiasi gelombang pendek (matahari) dan gelombang panjang (terestrial) melalui atmosfer, penyerapan dan emisi radiasi oleh gas, awan, dan aerosol, pembagian energi matahari yang masuk di antara refleksi, penyerapan, dan pemanasan permukaan, serta pemerangkapan gelombang panjang yang menghasilkan efek rumah kaca. Ini menghubungkan mikrofisika interaksi molekuler dan partikel dengan radiasi ke anggaran energi makroskopis di puncak atmosfer yang mendorong iklim.
Sub-topics
Core questions
- Bagaimana radiasi matahari diserap, dihamburkan, dan dipantulkan saat melewati atmosfer?
- Apa yang mengontrol emisi radiasi gelombang panjang ke luar angkasa dan kembali ke permukaan?
- Mengapa permukaan Bumi lebih hangat daripada yang diprediksi oleh suhu kesetimbangan radiasinya?
- Bagaimana perubahan kecil dalam komposisi atmosfer mengganggu keseimbangan energi planet?
Key theories
- Teori transfer radiasi
- Deskripsi formal, melalui persamaan transfer radiasi, tentang bagaimana intensitas radiasi berubah sepanjang jalur melalui medium penyerap, pemancar, dan penghambur; dasar untuk semua perhitungan radiasi atmosfer kuantitatif.
- Keseimbangan energi planet
- Prinsip bahwa, pada kesetimbangan, radiasi matahari yang diserap sama dengan radiasi gelombang panjang yang keluar, sehingga fluks bersih di puncak atmosfer membatasi suhu rata-rata global.
Mechanisms
Radiasi matahari yang masuk mencapai puncaknya pada spektrum tampak; sekitar 30% dipantulkan (albedo planet) dan sisanya diserap oleh permukaan dan atmosfer. Permukaan dan atmosfer yang menghangat memancarkan radiasi gelombang panjang mengikuti hukum Planck yang dimodifikasi oleh emisivitas; gas rumah kaca menyerap dan memancarkan kembali radiasi gelombang panjang ini, mengurangi kehilangan bersih ke luar angkasa dan meningkatkan suhu permukaan. Keseimbangan ini dijelaskan oleh persamaan transfer radiasi yang menggabungkan penyerapan Beer-Lambert dengan emisi termal dan istilah sumber hamburan.
Clinical relevance
Kuantifikasi fluks radiasi mendasari pemodelan iklim, perolehan penginderaan jauh suhu dan komposisi, penilaian sumber daya energi surya, dan definisi pemaksaan radiasi yang digunakan dalam penilaian kebijakan iklim.
History
Dasar radiasi pemanasan atmosfer digariskan oleh Joseph Fourier dan dikuantifikasi oleh pengukuran penyerapan gas oleh John Tyndall dan perhitungan karbon dioksida Svante Arrhenius pada tahun 1896. Chandrasekhar memformalkan teori transfer radiasi pada pertengahan abad kedua puluh, dan pengukuran era satelit sejak tahun 1980-an telah membatasi anggaran energi Bumi hingga beberapa watt per meter persegi.
Key figures
- Svante Arrhenius
- Subrahmanyan Chandrasekhar
- Kevin Trenberth
Related topics
Seminal works
- trenberth2009
- liou2002
- wallaceHobbs2006
Frequently asked questions
- Apa perbedaan antara radiasi gelombang pendek dan gelombang panjang?
- Radiasi gelombang pendek adalah energi matahari yang diterima Bumi, terkonsentrasi pada panjang gelombang tampak dan inframerah dekat; radiasi gelombang panjang adalah inframerah termal yang dipancarkan oleh Bumi dan atmosfer yang lebih dingin. Atmosfer sebagian besar transparan terhadap gelombang pendek tetapi sangat menyerap gelombang panjang.
- Mengapa Bumi lebih hangat daripada yang diprediksi oleh keseimbangan radiasi sederhana?
- Gas rumah kaca menyerap radiasi gelombang panjang yang keluar dan memancarkan kembali sebagiannya ke permukaan, sehingga permukaan harus lebih hangat daripada suhu radiasi efektif planet untuk menyeimbangkan anggaran energi.