Geographie

Sonnenstrahlung und die Albedo der Erde

Fast die gesamte Energie, die auf dem Planeten Erde ankommt und die verschiedenen Wetterereignisse, Meeresströmungen und die Verteilung von Ökosystemen antreibt, stammt von der Sonne. Diese intensive Sonnenstrahlung, wie sie in der physikalischen Geographie bekannt ist, stammt aus dem Sonnenkern und wird schließlich zur Erde gesendet, nachdem die Konvektion (die vertikale Bewegung der Energie) sie vom Sonnenkern weggedrückt hat. Es dauert ungefähr acht Minuten, bis die Sonnenstrahlung die Erde erreicht, nachdem sie die Sonnenoberfläche verlassen hat.

Sobald diese Sonnenstrahlung auf der Erde ankommt, wird ihre Energie nach Breitengrad ungleichmäßig über den Globus verteilt . Wenn diese Strahlung in die Erdatmosphäre gelangt, trifft sie in der Nähe des Äquators und entwickelt einen Energieüberschuss. Da weniger direkte Sonnenstrahlung an den Polen ankommt, entwickeln sie wiederum ein Energiedefizit. Um die Energie auf der Erdoberfläche im Gleichgewicht zu halten, fließt die überschüssige Energie aus den Äquatorregionen in einem Zyklus zu den Polen, sodass die Energie weltweit ausgeglichen wird. Dieser Zyklus wird als Energiebilanz Erde-Atmosphäre bezeichnet.

 

Sonnenstrahlungswege

Sobald die Erdatmosphäre kurzwellige Sonnenstrahlung erhält, wird die Energie als Sonneneinstrahlung bezeichnet. Diese Sonneneinstrahlung ist der Energieeintrag, der für die Bewegung der verschiedenen Erdatmosphärensysteme wie der oben beschriebenen Energiebilanz, aber auch für Wetterereignisse, Meeresströmungen und andere Erdzyklen verantwortlich ist.

Sonneneinstrahlung kann direkt oder diffus sein. Direkte Strahlung ist Sonnenstrahlung, die von der Erdoberfläche und / oder -atmosphäre empfangen wird und durch atmosphärische Streuung nicht verändert wurde. Diffuse Strahlung ist Sonnenstrahlung, die durch Streuung modifiziert wurde.

Die Streuung selbst ist einer von fünf Wegen, die Sonnenstrahlung beim Eintritt in die Atmosphäre einschlagen kann. Es tritt auf, wenn die Sonneneinstrahlung beim Eintritt in die Atmosphäre durch dort vorhandenen Staub, Gas, Eis und Wasserdampf abgelenkt und / oder umgeleitet wird. Wenn die Energiewellen eine kürzere Wellenlänge haben, werden sie stärker gestreut als diejenigen mit längeren Wellenlängen. Streuung und wie sie mit der Wellenlängengröße reagiert, sind für viele Dinge verantwortlich, die wir in der Atmosphäre sehen, wie die blaue Farbe des Himmels und die weißen Wolken.

Die Übertragung ist ein weiterer Weg der Sonnenstrahlung. Es tritt auf, wenn sowohl kurz- als auch langwellige Energie durch die Atmosphäre und das Wasser strömt, anstatt sich zu zerstreuen, wenn sie mit Gasen und anderen Partikeln in der Atmosphäre in Wechselwirkung tritt.

Brechung kann auch auftreten, wenn Sonnenstrahlung in die Atmosphäre gelangt. Dieser Weg findet statt, wenn sich Energie von einem Raumtyp zu einem anderen bewegt, beispielsweise von Luft in Wasser. Wenn sich die Energie aus diesen Räumen bewegt, ändert sie ihre Geschwindigkeit und Richtung, wenn sie mit den dort vorhandenen Partikeln reagiert. Die Richtungsänderung bewirkt häufig, dass sich die Energie biegt und die verschiedenen Lichtfarben in ihr freisetzt, ähnlich wie beim Durchgang von Licht durch einen Kristall oder ein Prisma.

Die Absorption ist die vierte Art des Sonnenstrahlungswegs und die Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere. Wenn beispielsweise Sonnenstrahlung vom Wasser absorbiert wird, verlagert sich seine Energie zum Wasser und erhöht seine Temperatur. Dies ist üblich bei allabsorbierenden Oberflächen vom Blatt eines Baumes bis zum Asphalt.

Der endgültige Sonnenstrahlungsweg ist eine Reflexion. Dies ist der Fall, wenn ein Teil der Energie direkt in den Weltraum zurückprallt, ohne absorbiert, gebrochen, übertragen oder gestreut zu werden. Ein wichtiger Begriff, den Sie bei der Untersuchung von Sonnenstrahlung und Reflexion beachten sollten, ist die Albedo.

 

Albedo

Albedo ist definiert als die Reflexionsqualität einer Oberfläche. Es wird als Prozentsatz der reflektierten Sonneneinstrahlung zur ankommenden Sonneneinstrahlung ausgedrückt und null Prozent ist die Gesamtabsorption, während 100% die Gesamtreflexion ist.

In Bezug auf sichtbare Farben haben dunklere Farben eine niedrigere Albedo, dh sie absorbieren mehr Sonneneinstrahlung, und hellere Farben haben eine „hohe Albedo“ oder höhere Reflexionsraten. Zum Beispiel reflektiert Schnee 85-90% der Sonneneinstrahlung, während Asphalt nur 5-10% reflektiert.

Der Sonnenwinkel beeinflusst auch den Albedowert und niedrigere Sonnenwinkel erzeugen eine stärkere Reflexion, da die Energie, die von einem niedrigen Sonnenwinkel kommt, nicht so stark ist wie die, die von einem hohen Sonnenwinkel kommt. Darüber hinaus weisen glatte Oberflächen eine höhere Albedo auf, während raue Oberflächen diese reduzieren.

Wie die Sonnenstrahlung im Allgemeinen variieren auch die Albedowerte weltweit mit dem Breitengrad, aber die durchschnittliche Albedo der Erde liegt bei 31%. Für Oberflächen zwischen den Tropen (23,5 ° N bis 23,5 ° S) beträgt die durchschnittliche Albedo 19-38%. An den Polen kann es in einigen Bereichen bis zu 80% betragen. Dies ist auf den geringeren Sonnenwinkel an den Polen zurückzuführen, aber auch auf das höhere Vorhandensein von Neuschnee, Eis und glattem offenem Wasser – alles Bereiche, die einem hohen Reflexionsvermögen ausgesetzt sind.

 

Albedo, Sonnenstrahlung und Menschen

Heute ist Albedo ein wichtiges Anliegen für den Menschen weltweit. Da industrielle Aktivitäten die Luftverschmutzung erhöhen, wird die Atmosphäre selbst reflektierender, da mehr Aerosole vorhanden sind, um die Sonneneinstrahlung zu reflektieren. Darüber hinaus entstehen durch die niedrige Albedo der größten Städte der Welt manchmal städtische Wärmeinseln, die sich sowohl auf die Stadtplanung als auch auf den Energieverbrauch auswirken.

Sonnenstrahlung findet auch ihren Platz in neuen Plänen für erneuerbare Energien – insbesondere Sonnenkollektoren für Elektrizität und schwarze Röhren zum Erhitzen von Wasser. Die dunklen Farben dieser Gegenstände haben niedrige Albedos und absorbieren daher fast die gesamte Sonnenstrahlung, die auf sie trifft. Dies macht sie zu effizienten Werkzeugen, um die Sonnenenergie weltweit zu nutzen.

Unabhängig von der Effizienz der Sonne bei der Stromerzeugung ist die Untersuchung von Sonnenstrahlung und Albedo für das Verständnis der Wetterzyklen der Erde, der Meeresströmungen und der Standorte verschiedener Ökosysteme von entscheidender Bedeutung.

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