Диффузное излучение неба

Диффузное излучение неба – это солнечное излучение, достигающее поверхности Земли после рассеяния от прямого солнечного луча молекулами или частицами в атмосфере . Его также называют излучением неба , определяющим процессом изменения цвета неба . Примерно 23% прямого падающего излучения от общего количества солнечного света удаляется из прямого солнечного луча путем рассеяния в атмосфере; из этого количества (падающего излучения) около двух третей в конечном итоге достигает Земли в виде рассеянного фотонами излучения небесного света. ^{[ нужна ссылка ]}

Преобладающими процессами радиационного рассеяния в атмосфере являются рассеяние Рэлея и рассеяние Ми ; они эластичны , а это означает, что фотон света может отклоняться от своего пути, не поглощаясь и не меняя длину волны.

Под пасмурным небом нет прямого солнечного света, и весь свет возникает в результате рассеянного излучения небесного света.

На основе анализа последствий извержения филиппинского вулкана Пинатубо (июнь 1991 г.) и других исследований: ^[2]^[3] Рассеянный световой свет, благодаря своей внутренней структуре и поведению, может освещать листья под кроной, обеспечивая более эффективный общий фотосинтез всего растения, чем это было бы в противном случае; это резко контрастирует с эффектом совершенно ясного неба с прямыми солнечными лучами, которые отбрасывают тени на листья подлеска и тем самым ограничивают фотосинтез растений верхним слоем кроны (см. Ниже) .

Цвет

Атмосфера Земли рассеивает коротковолновый свет более эффективно, чем более длинноволновый. Поскольку длина волны короче, синий свет рассеивается сильнее, чем более длинноволновый свет, красный или зеленый. Следовательно, в результате, глядя на небо вдали от прямых солнечных лучей , человеческий глаз воспринимает небо как голубое. ^[4] Воспринимаемый цвет аналогичен цвету монохроматического синего цвета (с длиной волны 474–476 нм ), смешанного с белым светом, то есть ненасыщенным синим светом. ^[5] Объяснение синего цвета Рэлеем в 1871 году является известным примером применения анализа размерностей для решения задач физики. ^[6]

Рассеяние и поглощение являются основными причинами ослабления солнечного излучения атмосферой. Рассеяние меняется в зависимости от отношения диаметров частиц ( частиц в атмосфере) к длине волны падающего излучения. Когда это отношение меньше одной десятой, рэлеевское рассеяние происходит . (В этом случае коэффициент рассеяния изменяется обратно пропорционально четвертой степени длины волны. При больших отношениях рассеяние меняется более сложным образом, как описано для сферических частиц теорией Ми .) Законы геометрической оптики начинают применяться при более высоких отношениях. соотношения.

Ежедневно в любой точке мира, где наблюдается восход или закат солнца , большая часть солнечного луча видимого солнечного света достигает почти по касательной поверхности Земли . Здесь путь солнечного света через атмосферу удлиняется так , что большая часть синего или зеленого света рассеивается от линии воспринимаемого видимого света. Это явление оставляет солнечные лучи и освещаемые ими облака, окрашенные в обильную оранжево-красную окраску, которую можно увидеть, глядя на закат или восход солнца.

На примере Солнца в зените , среди бела дня небо голубое из-за рэлеевского рассеяния, в котором также участвуют двухатомные газы N
₂ и О
₂ . На закате и сумерках особенно поглощение озоном в ( O
₃ ) существенно способствует сохранению голубого цвета вечернего неба.

Под пасмурным небом

небом практически нет прямого солнечного света Под пасмурным , поэтому весь свет представляет собой рассеянное небо. Поток света не сильно зависит от длины волны, поскольку размер облачных капель превышает длину волны света и рассеивает все цвета примерно одинаково. Свет проходит сквозь полупрозрачные облака подобно матовому стеклу . Интенсивность колеблется (примерно) от 1/6 до вплоть прямого солнечного света для относительно тонких облаков 1 ⁄ 1000 прямых солнечных лучей под самой плотной грозовой тучой. ^{[ нужна ссылка ]}

В составе общей радиации

Одно из уравнений для полной солнечной радиации: ^[7]

H_{t}=H_{b}R_{b}+H_{d}R_{d}+(H_{b}+H_{d})R_{r}

где H _b - интенсивность излучения луча, R _b - коэффициент наклона для излучения луча, H _d - интенсивность рассеянного излучения, R _d - коэффициент наклона для диффузного излучения и R _r - коэффициент наклона для отраженного излучения.

R _b определяется как:

R_{b}={\frac {\sin(\delta )\sin(\phi -\beta )+\cos(\delta )\cos(h)\cos(\phi -\beta )}{\sin(\delta )\sin(\phi )+\cos(\delta )\cos(h)\cos(\phi )}}

где δ — склонение Солнца , Φ — широта, β — угол от горизонтали, а h — угол солнечного часа .

R _d определяется как:

R_{d}={\frac {1+\cos(\beta )}{2}}

и R _r :

R_{r}={\frac {\rho (1-\cos(\beta ))}{2}}

где ρ — отражательная способность поверхности.

Сельское хозяйство и извержение горы Пинатубо

Извержение филиппинского вулкана — гору Пинатубо в июне 1991 года выбросило примерно на 10 км. ³ (2,4 кубических миль) магмы и «17 000 000 метрических тонн » (17 тераграммов ) диоксида серы SO ₂ в воздух, в результате чего общее количество SO ₂ было выброшено в десять раз больше , чем в результате пожаров в Кувейте в 1991 году . ^[8] в основном во время взрывного плинианского/ультра-плинианского события 15 июня 1991 года, создавшего SO ₂ глобальный стратосферный слой дымки , который сохранялся в течение многих лет. Это привело к падению средней глобальной температуры примерно на 0,5 ° C (0,9 ° F). ^[9] Поскольку вулканический пепел быстро выпадает из атмосферы, ^[10] Негативные сельскохозяйственные последствия извержения были в основном немедленными и локализованы на относительно небольшой территории в непосредственной близости от извержения, что было вызвано образовавшимся толстым пепловым покровом. ^[11]^[12] Однако в глобальном масштабе, несмотря на снижение общего солнечного излучения на 5% за несколько месяцев и сокращение количества прямых солнечных лучей на 30%, ^[13] никакого негативного воздействия на мировое сельское хозяйство не было. ^[2]^[14] Удивительно, но 3-4 года. ^[15] рост глобальной производительности сельского хозяйства наблюдался бореальных лесов . и лесного хозяйства, за исключением регионов ^[16]

Под более или менее прямыми солнечными лучами темные тени , ограничивающие фотосинтез отбрасываются на подлесковые листья . В заросли проникает очень мало прямых солнечных лучей.

Средством открытия было то, что первоначально наблюдалось загадочное снижение скорости заполнения атмосферы углекислым газом (CO ₂ ), которое отображено в так называемой « кривой Килинга ». ^[17] Это заставило многих ученых предположить, что снижение произошло из-за понижения температуры Земли и, как следствие, замедления дыхания растений и почвы , что указывает на пагубное воздействие слоя вулканической дымки на мировое сельское хозяйство. ^[2]^[14] Однако в ходе исследования снижение скорости наполнения атмосферы углекислым газом не соответствовало гипотезе о снижении скорости дыхания растений. ^[18]^[19] Вместо этого выгодная аномалия была относительно прочно закреплена. ^[20] связано с беспрецедентным увеличением роста/ чистого первичного производства , ^[21] глобальной растительной жизни, что приводит к усилению эффекта поглощения углерода в результате глобального фотосинтеза. ^[2]^[14] Механизм, благодаря которому стало возможным увеличение роста растений, заключался в том, что 30%-ное сокращение прямого солнечного света также может быть выражено как увеличение или «усиление» количества рассеянного солнечного света. ^[2]^[18]^[22]^[14]

Эффект рассеянного света

Хорошо освещенные подлески из-за пасмурных облаков, создающих условия рассеянного/ мягкого солнечного света , что позволяет фотосинтезировать листья под пологом.

Этот рассеянный световой свет, благодаря своей внутренней природе, может освещать листья под пологом, обеспечивая более эффективный общий фотосинтез всего растения , чем это было бы в противном случае. ^[2]^[14] а также увеличение испарительного охлаждения с поверхностей, покрытых растительностью. ^[23] Напротив, при абсолютно чистом небе и прямом солнечном свете, который исходит от него, тени отбрасываются на листья подлеска , ограничивая фотосинтез растений верхним слоем кроны. ^[2]^[14] Это увеличение глобального сельского хозяйства из-за слоя вулканической дымки также естественным образом является результатом воздействия других аэрозолей, которые не испускаются вулканами, таких как загрязнение «умеренно густой дымовой нагрузкой», поскольку за тем же механизмом стоит «аэрозольный прямой радиационный эффект». оба. ^[16]^[24]^[25]

См. также

Ссылки

^ Старр, Сеси (2006). Биология: концепции и приложения . Томсон Брукс/Коул. п. 94 . ISBN 978-0-534-46226-0 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г «Крупные извержения вулканов помогают растениям поглощать больше углекислого газа из атмосферы: Новости» . 16 марта 2010 года. Архивировано из оригинала 16 марта 2010 года . Проверено 4 апреля 2018 г.
^ Янг, Дональд; Смит, Уильям (1983). «Влияние облачности на фотосинтез и транспирацию у субальпийского подлеска видов Arnica Latifolia». Экология . 64 (4): 681–687. Бибкод : 1983Ecol...64..681Y . дои : 10.2307/1937189 . JSTOR 1937189 .
^ « Релеевское рассеяние ». Британская энциклопедия . 2007. Британская энциклопедия Интернет. получено 16 ноября 2007 г.
^ Гленн С. Смит (июль 2005 г.). «Цветовое зрение человека и ненасыщенный синий цвет дневного неба» (PDF) . Американский журнал физики . 73 (7): 590–597. Бибкод : 2005AmJPh..73..590S . дои : 10.1119/1.1858479 .
^ «Крейг Ф. Борен, «Оптика атмосферы», Wiley-VCH Verlag GmbH, стр. 56» (PDF) . Wiley-vch.de . Проверено 4 апреля 2018 г.
^ Мукерджи, Д.; Чакрабарти, С. (2004). Основы систем возобновляемой энергетики . Нью Эйдж Интернэшнл. п. 22. ISBN 978-81-224-1540-7 .
^ Джон С. Маккейн; Мухаммад Садик; М Садик (1993). Последствия войны в Персидском заливе: экологическая трагедия . Спрингер. п. 60. ИСБН 978-0-792-32278-8 .
^ «Облака горы Пинатубо затеняют глобальный климат» . Новости науки . Проверено 7 марта 2010 г.
^ Программа «Опасности вулканов». «Гавайская вулканическая обсерватория» . hvo.wr.usgs.gov . Проверено 4 апреля 2018 г.
^ «Меркадо» . pubs.usgs.gov . Проверено 4 апреля 2018 г.
^ "Гора Пинатубо (ЛК): Биосфера - ESS" . сайты.google.com . Проверено 4 апреля 2018 г.
^ «Охлаждение после крупных извержений вулканов с поправкой на влияние диффузной радиации на годичные кольца. Алан Робок, 2005. На рисунке 1 показано изображение зарегистрированного изменения солнечной радиации» (PDF) . rutgers.edu . Проверено 4 апреля 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж КРУПНЫЕ ИЗВЕРЖЕНИЯ ВУЛКАНОВ ПОМОГАЮТ РАСТЕНИЯМ ПОГЛОЩАТЬ БОЛЬШЕ УГЛЕКИСДА ИЗ АТМОСФЕРЫ
^ Селф, С. (15 августа 2006 г.). «Последствия и последствия очень крупных взрывных извержений вулканов». Философские труды Лондонского королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 364 (1845): 2073–2097. Бибкод : 2006RSPTA.364.2073S . дои : 10.1098/rsta.2006.1814 . ПМИД 16844649 . S2CID 28228518 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Оценка прямого радиационного воздействия аэрозолей на динамику углерода в глобальной наземной экосистеме с 2003 по 2010 год. Chen et al., Tellus B 2014; 66, 21808, Издано Международным метеорологическим институтом в Стокгольме.
^ «Охлаждение после крупных извержений вулканов с поправкой на влияние диффузной радиации на годичные кольца. Алан Робок, 2005. См. рисунок 2 для записи этого» (PDF) . rutgers.edu . Проверено 4 апреля 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Л., Гу; Д., Бальдокки (1 декабря 2001 г.). «Роль извержений вулканов, аэрозолей и облаков в глобальном углеродном цикле». Тезисы осеннего собрания АГУ . 2001 : B51A–0194. Бибкод : 2001AGUFM.B51A0194G .
^ «Реакция лиственного леса на извержение горы Пинатубо: усиленный фотосинтез. Гу и др., 28 марта 2003 г., Научный журнал, том 299» (PDF) . utoledo.edu . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 4 апреля 2018 г.
^ «Наука о CO2» . www.co2science.org . Проверено 4 апреля 2018 г.
^ http://earthobservatory.nasa.gov/Features/GlobalGarden/ Глобальный сад становится зеленее. НАСА 2003 г.
^ «Охлаждение после крупных извержений вулканов с поправкой на влияние диффузной радиации на годичные кольца. Алан Робок, 2005. Рисунок 1» (PDF) . rutgers.edu . Проверено 4 апреля 2018 г.
^ Чакраборти, Калифорния; Ли, Сюйхуэй; Лоуренс, Дэвид М. (2021). «Сильное локальное испарительное охлаждение над сушей из-за атмосферных аэрозолей» . Журнал достижений в моделировании систем Земли . 13 (5). Бибкод : 2021JAMES..1302491C . дои : 10.1029/2021ms002491 . ISSN 1942-2466 . S2CID 236541532 .
^ Влияние рассеяния и поглощения света атмосферными аэрозолями на чистую первичную продуктивность суши, Cohan et al. ГЛОБАЛЬНЫЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ 2002 ТОМ. 16, НЕТ. 4, 1090, два : 10.1029/2001GB001441
^ Прямые наблюдения за влиянием аэрозольной нагрузки на чистый обмен CO2 в экосистемах в различных ландшафтах. Нийоги и др. Письма о геофизических исследованиях , том 31, выпуск 20, октябрь 2004 г. дои : 10.1029/2004GL020915

Дальнейшее чтение

Пешич, Питер (2005). Небо в бутылке . Массачусетский технологический институт Пресс. ISBN 978-0-262-16234-0 .

Внешние ссылки

[1] Старр, Сеси (2006). Биология: концепции и приложения . Томсон Брукс/Коул. п. 94 . ISBN 978-0-534-46226-0 .

[web.archive.org-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г «Крупные извержения вулканов помогают растениям поглощать больше углекислого газа из атмосферы: Новости» . 16 марта 2010 года. Архивировано из оригинала 16 марта 2010 года . Проверено 4 апреля 2018 г.

[3] Янг, Дональд; Смит, Уильям (1983). «Влияние облачности на фотосинтез и транспирацию у субальпийского подлеска видов Arnica Latifolia». Экология . 64 (4): 681–687. Бибкод : 1983Ecol...64..681Y . дои : 10.2307/1937189 . JSTOR 1937189 .

[4] « Релеевское рассеяние ». Британская энциклопедия . 2007. Британская энциклопедия Интернет. получено 16 ноября 2007 г.

[5] Гленн С. Смит (июль 2005 г.). «Цветовое зрение человека и ненасыщенный синий цвет дневного неба» (PDF) . Американский журнал физики . 73 (7): 590–597. Бибкод : 2005AmJPh..73..590S . дои : 10.1119/1.1858479 .

[6] «Крейг Ф. Борен, «Оптика атмосферы», Wiley-VCH Verlag GmbH, стр. 56» (PDF) . Wiley-vch.de . Проверено 4 апреля 2018 г.

[7] Мукерджи, Д.; Чакрабарти, С. (2004). Основы систем возобновляемой энергетики . Нью Эйдж Интернэшнл. п. 22. ISBN 978-81-224-1540-7 .

[8] Джон С. Маккейн; Мухаммад Садик; М Садик (1993). Последствия войны в Персидском заливе: экологическая трагедия . Спрингер. п. 60. ИСБН 978-0-792-32278-8 .

[Science_News-9] «Облака горы Пинатубо затеняют глобальный климат» . Новости науки . Проверено 7 марта 2010 г.

[10] Программа «Опасности вулканов». «Гавайская вулканическая обсерватория» . hvo.wr.usgs.gov . Проверено 4 апреля 2018 г.

[11] «Меркадо» . pubs.usgs.gov . Проверено 4 апреля 2018 г.

[12] "Гора Пинатубо (ЛК): Биосфера - ESS" . сайты.google.com . Проверено 4 апреля 2018 г.

[13] «Охлаждение после крупных извержений вулканов с поправкой на влияние диффузной радиации на годичные кольца. Алан Робок, 2005. На рисунке 1 показано изображение зарегистрированного изменения солнечной радиации» (PDF) . rutgers.edu . Проверено 4 апреля 2018 г.

[ReferenceA-14] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж КРУПНЫЕ ИЗВЕРЖЕНИЯ ВУЛКАНОВ ПОМОГАЮТ РАСТЕНИЯМ ПОГЛОЩАТЬ БОЛЬШЕ УГЛЕКИСДА ИЗ АТМОСФЕРЫ

[15] Селф, С. (15 августа 2006 г.). «Последствия и последствия очень крупных взрывных извержений вулканов». Философские труды Лондонского королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 364 (1845): 2073–2097. Бибкод : 2006RSPTA.364.2073S . дои : 10.1098/rsta.2006.1814 . ПМИД 16844649 . S2CID 28228518 .

[dx.doi.org-16] Перейти обратно: ^а ^б Оценка прямого радиационного воздействия аэрозолей на динамику углерода в глобальной наземной экосистеме с 2003 по 2010 год. Chen et al., Tellus B 2014; 66, 21808, Издано Международным метеорологическим институтом в Стокгольме.

[17] «Охлаждение после крупных извержений вулканов с поправкой на влияние диффузной радиации на годичные кольца. Алан Робок, 2005. См. рисунок 2 для записи этого» (PDF) . rutgers.edu . Проверено 4 апреля 2018 г.

[adsabs.harvard.edu-18] Перейти обратно: ^а ^б Л., Гу; Д., Бальдокки (1 декабря 2001 г.). «Роль извержений вулканов, аэрозолей и облаков в глобальном углеродном цикле». Тезисы осеннего собрания АГУ . 2001 : B51A–0194. Бибкод : 2001AGUFM.B51A0194G .

[19] «Реакция лиственного леса на извержение горы Пинатубо: усиленный фотосинтез. Гу и др., 28 марта 2003 г., Научный журнал, том 299» (PDF) . utoledo.edu . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 4 апреля 2018 г.

[20] «Наука о CO2» . www.co2science.org . Проверено 4 апреля 2018 г.

[21] ttp://earthobservatory.nasa.gov/Features/GlobalGarden/ Глобальный сад становится зеленее. НАСА 2003 г.

[22] «Охлаждение после крупных извержений вулканов с поправкой на влияние диффузной радиации на годичные кольца. Алан Робок, 2005. Рисунок 1» (PDF) . rutgers.edu . Проверено 4 апреля 2018 г.

[23] Чакраборти, Калифорния; Ли, Сюйхуэй; Лоуренс, Дэвид М. (2021). «Сильное локальное испарительное охлаждение над сушей из-за атмосферных аэрозолей» . Журнал достижений в моделировании систем Земли . 13 (5). Бибкод : 2021JAMES..1302491C . дои : 10.1029/2021ms002491 . ISSN 1942-2466 . S2CID 236541532 .

[24] Влияние рассеяния и поглощения света атмосферными аэрозолями на чистую первичную продуктивность суши, Cohan et al. ГЛОБАЛЬНЫЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ 2002 ТОМ. 16, НЕТ. 4, 1090, два : 10.1029/2001GB001441

[25] Прямые наблюдения за влиянием аэрозольной нагрузки на чистый обмен CO2 в экосистемах в различных ландшафтах. Нийоги и др. Письма о геофизических исследованиях , том 31, выпуск 20, октябрь 2004 г. дои : 10.1029/2004GL020915

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]