Zračenje

• Zračenje Sunca• Ravnoteža zračenja na Zemlji

efekt staklenika

• Prijenos topline na Zemlji

Zračenje Sunca

• Elektromagnetsko zračenje

kratkovalno: λ ∈ (0.2 – 4 µm)

50 % vidljivo

40 % dulje λ (∼ IR)

10 % kraće λ (UV)

Zemlja (288 K)

UV IRVidljivo

5800K SunceCrno tijelo:PLANCK : E = E(λ , T)

Zračenje crnog tijela

Stefan-Boltzmann-ov zakon:

I = σ T4 I = gustoća toka

σ = 5.67 x 10-8 W m-2 K-4

Wien-ov zakon:

λmax= a / T a = 2897 µm K.

Energija koju Zemlja prima od Sunca

• Protok energije od Sunca ≈ const• Solarna konstanta (S = 1368 W/m2)

S

S: Količina energije koja na vrhu atmosfere u jedinici vremena padne na jediničnu površinu okomitu na ulazno zračenje, pri srednjoj udaljenosti Z-S

Po jedinici površine Z padne:S·R2π/4R2π = S/4

Diferencijalno zagrijavanje

• E = E(λ,t)

N.P.

S.P.

Sun

N.P.

Sun

S.P.

N.P.

Sun

S.P.

N.P.

Sun

S.P.

21.3

21.6

21.12

23.9

Razdioba temperature

Srednja temperatura pri razini mora u siječnju (°C).

Sjever

Jug

Vruće

hladno

hladno

Meridijonalni gradijent

Temperatura u siječnju

Migracijatemperaturnihpojasa

Temperatura u srpnju

Diferencijalno zagrijavanje (2)

Kratkovalno

Dugovalno

Višak energije u niskim geog. širinama, atmosferom i oceanima se prenosi u više geog. širine

Prolaz Sunčeve energije kroz A

1. raspršenje2. absorpcija3. refleksija

Površina Albedo (%) Svježi snijeg 75 - 95

Oblaci (debeli) 60 - 90 Oblaci (tanki) 30 - 50

Led 30 - 40 Pijesak 15 - 45 Trava 10 - 30

Oranice 5 - 20 Voda 10 (srednje) Šuma 3 - 10

Zemlja & Atmos. 30

α= reflektirano zračenje upadno zračenje

Albedo

Globalni Albedo

Ravnoteža zračenja

Z bez atmosfere Z reflektira S/4⋅α (α = 0.3 Albedo)Z apsorbira S/4 ⋅ (1-α) Z se zagrijava do T, emitira E = σ⋅T4

Ravnoteža apsorbirano = emitiranoS/4 ⋅ (1-α) = σ⋅T4 ⇒ T = -180C

Energija u sustavu A-Z u stalnoj je ravnoteži s dolaznim Sunčevim zračenjem

Ravnoteža zračenja (2)

Z s fluidom• Atmosfera apsorbira dio zračenja → efekt staklenika

• Atmosfera i ocean prenose toplinu s jednog mjesta na drugo

⇒ T = 150C

Efekt staklenika• S emitira kratkvalno zračenje K

• staklo (A) je posve prozirno za λ<4µm,a djelomično apsorbira λ>4µm

• Z apsorbira kratkovalno, K,zagrijava se do Tg, počinje emitirati D (4µm <λ<10µm)

• A je mnogo manje propusna za D,apsorbira (dio eD), grije se,počinje emitirati dugovalno zračenje P

• Ravnoteža: fluksevi ↑ = fluksevi ↓

vrh A K = (1-e)D + Pna Z K = D - P ⇒ Tg viša za 19%

K

K

K

K D Tg

D

K

KeD1-eD

P

P

100%

30% 70%

100%

Ravnoteža zračenja (3)

15+7+23 = 45 (dugovalno)16+3 = 19 (kratkovalno)Zagrijavanje atm:

Prijenos topline na Zemlji

• A se više zagrijava odozdo (45) nego odozgo (19)• 3 mehanizma

i. apsorbcija/radijacija zračenjaii. konvekcija/advekcija (prenošenje) gibanjem zračnih

masaiii. kondukcija (vođenje) topline

A. Zagrijavanje podloge (tla, mora)

B. Zagrijavanje zraka iznad podloge

A. Zagrijavanje podloge

Tlo- mali toplinski kapacitet

- neprozirno za radijaciju (apsorbcija)- ne giba se (konvekcija)

More- veliki toplinski kapacitet- djelomično prozirno

- giba se

1.vođenje

ovisi o sastavu tla

(snijeg vrlo slabo vodi; dobar radijator IC zračenja)

1. konvekcija

termička – tonjenje hladne vode

dinamička – turbulentna gibanja

2. apsorbcija (i u dubljim slojevima)

3. vođenje zanemarivo

⇒ spora promjena temperature

rezervoar topline

Oceanske struje‘conveyor belt’

B. Zagrijavanje zraka iznad podloge

1. prizemni poremećeni sloj (do 2m)apsorbcijaizmjena topline s podlogom; veliki ∂T/ ∂z; ∂[H2O]/∂z

veliki dnevni hod T

2. planetarni granični sloj (do 1500 m)

konvekcija

uzdizanje toplog/spuštanje hladnog zraka ⇒ konvektivne struje;

prijenos topline i vlage

- zrak loš vodič ⇒ vođenje zanemarivo

B. Zagrijavanje zraka iznad podloge (2)

3. viši slojevi (slobodna troposfera, ...)

- mali utjecaj podloge

- prenošenje topline – bitno horizontalno gibanje

advekcija, konvekcija velikih razmjera