太陽放射と地球のアルベド

太陽からのエネルギーは、地球上の生命に力を与えています。ゲッティイメージズ

地球に到達し、さまざまな気象現象、海流、および生態系の分布を駆動するエネルギーのほぼすべては、太陽に由来します。自然地理学で知られているように、この強烈な太陽放射は太陽のコアで発生し、対流 (エネルギーの垂直方向の動き) によって太陽のコアから離れた後、最終的に地球に送られます。太陽放射が太陽の表面を離れてから地球に到達するまでに約 8 分かかります。

この太陽放射が地球に到達すると、そのエネルギーは地球全体に不均等に分配されます。 緯度 .この放射線が地球の大気圏に入ると、赤道付近に到達し、エネルギー余剰が発生します。極に到達する太陽​​放射が少なくなるため、極にエネルギー不足が生じます。地球の表面でエネルギーのバランスを保つために、赤道地域からの余分なエネルギーはサイクルで極に向かって流れ、地球全体でエネルギーのバランスがとれます。このサイクルは、地球と大気のエネルギー バランスと呼ばれます。

日射経路

地球の大気が短波太陽放射を受けると、そのエネルギーは日射と呼ばれます。この日射量は、上記のエネルギーバランスのようなさまざまな地球大気システムを動かすエネルギー入力ですが、気象イベントも同様です。 海流 、および他の地球サイクル。

日射は、直接または拡散することができます。直接放射は、大気散乱によって変更されていない地球の表面および/または大気によって受け取られる太陽放射です。拡散日射は、散乱によって変更された太陽放射です。

散乱自体は、太陽放射が大気圏に入るときにたどる 5 つの経路のうちの 1 つです。これは、大気中に存在する塵、ガス、氷、および水蒸気によって、日射が大気に入る際にそらされたり方向を変えられたりするときに発生します。エネルギー波の波長が短い場合、波長が長いエネルギー波よりも多く散乱されます。散乱とそれが波長サイズにどのように反応するかは、空の青い色や白い雲など、大気で目にする多くのものの原因です.

透過は、もう 1 つの太陽放射経路です。短波エネルギーと長波エネルギーの両方が、大気中のガスや他の粒子と相互作用するときに散乱するのではなく、大気と水を通過するときに発生します。

太陽放射が大気に入るときに屈折が発生することもあります。この経路は、エネルギーが空気から水に移動するなど、あるタイプの空間から別のタイプの空間に移動するときに発生します。エネルギーがこれらの空間から移動すると、そこに存在する粒子と反応するときに速度と方向が変わります。方向が変わると、多くの場合、エネルギーが曲がり、その中のさまざまな光の色が放出されます。これは、光が水晶やプリズムを通過するときに起こることと似ています。

吸収は、太陽放射経路の 4 番目のタイプであり、ある形態から別の形態へのエネルギーの変換です。たとえば、太陽放射が水に吸収されると、そのエネルギーが水に移動し、温度が上昇します。これは、木の葉からアスファルトまでのすべての吸収面に共通です。

最終的な日射経路は反射です。これは、エネルギーの一部が、吸収、屈折、透過、または散乱されることなく、直接空間に跳ね返ることです。太陽放射と反射を研究する際に覚えておくべき重要な用語は、アルベドです。

アルベド

アルベドは、表面の反射品質として定義されます。これは入射日射量に対する反射日射量のパーセンテージとして表され、0% は全吸収、100% は全反射です。

目に見える色に関しては、暗い色はアルベドが低く、つまり日射をより多く吸収し、明るい色は「アルベドが高く」、つまり反射率が高くなります。たとえば、雪は日射量の 85 ～ 90% を反射しますが、アスファルトは 5 ～ 10% しか反射しません。

太陽の角度もアルベド値に影響を与え、太陽の角度が低いと反射が大きくなります。これは、太陽の角度が低いときのエネルギーは、太陽の角度が高いときのエネルギーほど強くないためです。さらに、滑らかな表面はより高いアルベドを持ち、粗い表面はそれを減らします。

一般的な太陽放射と同様に、アルベド値も緯度によって世界中で異なりますが、地球の平均アルベドは約 31% です。熱帯間の表面 (23.5°N から 23.5°S) の平均アルベドは 19-38% です。極では、地域によっては 80% に達することもあります。これは、極に存在する太陽の角度が低いことの結果ですが、新雪、氷、および滑らかなオープンウォーターの存在も高く、すべての領域が高レベルの反射率になりがちです.

アルベド、太陽放射、そして人間

今日、アルベドは世界中の人間にとって大きな懸念事項です。産業活動が大気汚染を増加させるにつれて、日射を反映するエアロゾルが増えるため、大気自体がより反射するようになっています。さらに、世界最大の都市の低アルベドが時折生み出す 都市のヒートアイランド 両方に影響を与える都市計画そしてエネルギー消費。

太陽放射は、再生可能エネルギーの新しい計画にもその役割を果たしています。最も注目すべきは、電気用のソーラー パネルと水を加熱するための黒いチューブです。これらのアイテムの暗い色はアルベドが低いため、それらに当たる太陽放射のほぼすべてを吸収し、世界中の太陽の力を利用するための効率的なツールになります.

太陽の発電効率に関係なく、太陽放射とアルベドの研究は、地球の気象サイクル、海流、さまざまな生態系の位置を理解するために不可欠です。