Atmosferik Radyasyon ve Enerji Dengesi
Güneş ve karasal radyasyonun atmosfer içinde nasıl yayıldığı, emildiği, yayıldığı ve saçıldığı ile Dünya'nın gezegensel enerji dengesini nasıl oluşturduğu.
Tanım
Atmosferik radyasyon ve enerji dengesi, atmosferdeki elektromanyetik radyasyonun ve bunun sonucunda Dünya-atmosfer sisteminin sıcaklık yapısını belirleyen enerji akışlarının incelenmesidir.
Kapsam
Bu alan, kısa dalga (güneş) ve uzun dalga (karasal) radyasyonun atmosfer içindeki transferini, gazlar, bulutlar ve aerosoller tarafından radyasyonun emilimini ve yayılımını, gelen güneş enerjisinin yansıma, emilim ve yüzey ısınması arasındaki dağılımını ve sera etkisini oluşturan uzun dalga hapsini kapsamaktadır. Moleküler ve parçacık etkileşimlerinin radyasyonla olan mikrofiziğini, iklimi yönlendiren makroskopik atmosfer üstü enerji bütçesiyle ilişkilendirmektedir.
Alt konular
Temel sorular
- Güneş radyasyonu atmosferden geçerken nasıl emilir, saçılır ve yansıtılır?
- Uzaya ve yüzeye geri doğru uzun dalga radyasyon yayılımını ne kontrol eder?
- Dünya'nın yüzeyi, radyatif denge sıcaklığının öngördüğünden neden daha sıcaktır?
- Atmosferik bileşimdeki küçük değişiklikler gezegensel enerji dengesini nasıl bozmaktadır?
Temel kuramlar
- Radyatif transfer teorisi
- Radyatif transfer denklemi aracılığıyla, emici, yayıcı ve saçıcı bir ortamdan geçen bir yol boyunca ışıma yoğunluğunun nasıl değiştiğinin resmi bir tanımı; tüm nicel atmosferik radyasyon hesaplamalarının temelini oluşturmaktadır.
- Gezegensel enerji dengesi
- Dengede, emilen güneş radyasyonunun çıkan uzun dalga radyasyonuna eşit olduğu ilkesi; bu nedenle atmosfer üstü net akı, küresel ortalama sıcaklığı sınırlandırmaktadır.
Mekanizmalar
Gelen güneş radyasyonu görünür spektrumda zirve yapmaktadır; yaklaşık %30'u yansıtılmakta (gezegen albedosu) ve geri kalanı yüzey ve atmosfer tarafından emilmektedir. Isınan yüzey ve atmosfer, yayım gücü (emissivity) ile değiştirilmiş Planck yasasına göre uzun dalga radyasyon yaymaktadır. Sera gazları bu uzun dalga radyasyonu emmekte ve yeniden yayarak uzaya net kaybı azaltmakta ve yüzey sıcaklığını yükseltmektedir. Denge, Beer-Lambert emilimini termal yayılım ve saçılma kaynak terimleriyle birleştiren radyatif transfer denklemi ile açıklanmaktadır.
Klinik önem
Radyatif akıların nicel olarak belirlenmesi, iklim modellemesinin, sıcaklık ve bileşim uzaktan algılama ölçümlerinin, güneş enerjisi kaynak değerlendirmesinin ve iklim politikası değerlendirmelerinde kullanılan radyatif zorlama tanımının temelini oluşturmaktadır.
Tarihçe
Atmosferik ısınmanın radyatif temeli Joseph Fourier tarafından özetlenmiş ve John Tyndall'ın gaz emilimi ölçümleri ile Svante Arrhenius'un 1896'daki karbondioksit hesaplamasıyla nicel olarak belirlenmiştir. Chandrasekhar, yirminci yüzyılın ortalarında radyatif transfer teorisini formüle etmiş ve 1980'lerden bu yana uydu çağı ölçümleri, Dünya'nın enerji bütçesini birkaç watt/metrekare içinde sınırlandırmıştır.
Öne çıkan isimler
- Svante Arrhenius
- Subrahmanyan Chandrasekhar
- Kevin Trenberth
İlgili konular
Temel eserler
- trenberth2009
- liou2002
- wallaceHobbs2006
Sıkça sorulan sorular
- Kısa dalga ve uzun dalga radyasyon arasındaki fark nedir?
- Kısa dalga radyasyon, Dünya tarafından alınan, görünür ve yakın kızılötesi dalga boylarında yoğunlaşan güneş enerjisidir; uzun dalga radyasyon ise daha soğuk Dünya ve atmosfer tarafından yayılan termal kızılötesidir. Atmosfer, kısa dalgaya büyük ölçüde şeffafken, uzun dalgayı güçlü bir şekilde emmektedir.
- Dünya, basit bir radyasyon dengesinin öngördüğünden neden daha sıcaktır?
- Sera gazları, çıkan uzun dalga radyasyonu emmekte ve bir kısmını yüzeye geri yaymaktadır; bu nedenle yüzeyin, enerji bütçesini dengelemek için gezegenin etkin ışıma sıcaklığından daha sıcak olması gerekmektedir.