albedo - Albedo


z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Procento odraženého slunečního světla ve vztahu k různým stavem povrchu

Albedo ( / Æ l b jsem d / ) ( latina : albedo , což znamená ‚bělost‘) je mírou pro difúzní odraz ze slunečního záření z celkového slunečního záření přijímaného prostřednictvím astronomického orgánem (např planety jako Země ) , Je bezrozměrná a měří na stupnici od 0 (což odpovídá černé těleso , který absorbuje veškeré dopadající záření) do 1 (odpovídající subjektu, který odráží všechny dopadající záření).

Povrchové albedo je definován jako poměr záření odráží na ozáření přijatého povrchem. Podíl odráží nejen určuje vlastnostech samotného povrchu, ale také spektrální a úhlového rozdělení slunečního záření dopadajícího na zemský povrch. Tyto faktory se liší podle složení atmosféry, zeměpisné poloze a času (viz polohy Slunce ). Zatímco bi-polokulovitý odrazivosti se vypočítá pro jeden úhel dopadu (tedy pro danou pozici slunce), albedo je směrový integrace odrazivosti přes všechny solární úhlů v daném období. Časová rozlišení může být v rozmezí od sekund (získané z měření toku) na denní, měsíční nebo roční průměry.

Pokud není uveden na specifické vlnové délce (spektrální albedo), albedo se týká celého spektra slunečního záření. Vzhledem k měření omezením, se často užívají jako spektra, ve kterém většina sluneční energie dosáhne povrchu (mezi 0,3 a 3 um). Toto spektrum obsahuje viditelné světlo (0,39 do 0,7 um), což vysvětluje, proč povrch s nízkým albeda se jeví jako tmavé (například stromy pohlcují nejvíce záření), přičemž plochy s vysokou albeda zesvětluje (např sníh odráží většinu záření).

Albedo je důležité pojetí v klimatologii , astronomii a péče o životní prostředí (například v rámci Leadership in Energy a Environmental designu (LEED) programu pro trvale udržitelný hodnocení budov). Průměrná albedo Země z horních vrstev atmosféry, její planetárního albeda , je 30-35% kvůli oblačnosti , ale značně liší lokálně přes povrch z důvodu odlišných geologických a ekologických funkcí.

Termín albedo byl představen do optiky od Johann Heinrich Lambert v jeho 1760 práci Photometria .

Terrestrial albedo

ukázkové albedos
Povrch typické
albedo
čerstvý asfalt 0.04
otevřený oceán 0.06
Worn asfalt 0.12
Jehličnan les
(léto)
0,08, 0,09-0,15
listnaté stromy 0,15-0,18
Holá půda 0.17
Zelená tráva 0.25
pouštní písek 0.40
nový beton 0.55
Ocean ice 0,5-0,7
čerstvý sníh 0,80

Každý albedo ve viditelném světle, spadá do rozmezí od asi 0,9 do čerstvého sněhu do asi 0,04 dřevěného uhlí, jedna z nejtemnějších látek. Hluboce zastíněné dutiny lze dosáhnout efektivní albedo blíží nule o černého tělesa . Při pohledu z dálky, oceán povrch má nízký albedo, jak dělat většinu lesů, zatímco pouštních oblastech mají jedny z nejvyšších albedos mezi reliéfu. Nejvíce výměry půdy jsou v albedo rozmezí 0,1 až 0,4. Průměrná albedo Země je asi 0,3. To je mnohem vyšší než u oceánu především z důvodu přínosu mraků.

2003-2004 průměrná roční jasné oblohy a total-obloha albedo

Zemský povrch albedo je pravidelně odhaduje pomocí pozorování Země, družicových senzorů, jako je NASA ‚s MODIS nástroje na palubě Terra a Aqua satelitů a nástroje CERES na Suomi jaderné elektrárny a JPSS . Vzhledem k tomu, množství odraženého záření se měří pouze jedním směrem přes satelit, a to ve všech směrech, matematický model je používán k převádění ukázkovou sadu měření družice odrazivosti do odhadů directional-polokulovitý odrazivosti a bi-tvaru polokoule odrazivost (například) , Tyto výpočty jsou založeny na obousměrné distribuční odrazivost funkce (BRDF) , který popisuje, jak se odrazivost daného povrchu závisí na úhlu pohledu pozorovatele a solárním úhlu. BDRF může usnadnit překlady pozorování odrazivosti do albeda.

Zemská průměrná teplota povrchu vzhledem k jeho albedo a skleníkového efektu , je v současné době asi 15 ° C. Jestliže země byly zmraženy zcela (a tudíž být reflexní), průměrná teplota planety by klesnout pod -40 ° C. Pokud se stal teprve kontinentální zemské masy pokryté ledovci, průměrná teplota na planetě by se snížil na asi 0 ° C. Naproti tomu, v případě, že celá Země byla pokryta vodou - tzv Aquaplanet - průměrná teplota na planetě se zvýší na téměř 27 ° C.

Bílo-sky and black-obloha albedo

Pro pozemní plochy, bylo prokázáno, že albedo v určitém úhlu slunečního zenitu θ i lze aproximovat podle poměrné součet dvou podmínek: směrový-polokulovitý odrazivosti v tomto slunečním zenitového úhlu, a bi-polokulovité odrazivosti, , s je podíl přímého záření z daného úhlu slunečního záření, a přičemž podíl rozptýlené osvětlení.

Z tohoto důvodu, skutečná albedo (také nazývaný blue-sky albedo), pak může být ve formě:

Směrová-polokulovitý odrazivost je někdy označována jako černé obloze albeda a bi-tvaru polokoule odrazivostí ve formě bílé oblohy albeda. Tyto podmínky jsou důležité, protože umožňují albedo se vypočte pro každou danou podmínek osvětlení ze znalosti přirozených vlastností povrchu.

astronomické albedo

K albedos z planet , satelity a planetek , jako jsou asteroidy mohou být použity k odvození hodně o jejich vlastnostech. Studium albedos, jejich závislost na vlnové délce, úhel osvětlení ( „fázový úhel“), a rozdíl v čase obsahuje hlavní část astronomické oblasti fotometrie . Pro malé a vzdálené objekty, které nemohou být vyřešeny pomocí dalekohledů, hodně z toho, co víme, pochází ze studia jejich albedos. Například, absolutní albedo může indikovat obsah ledovou plochu vnějších sluneční soustavy objektů, variace albeda s fázového úhlu dává informaci o regolith vlastnostech, zatímco neobvykle vysoké radar albedo svědčí o vysokém obsahu kovu v asteroidy .

Enceladus , měsíc Saturna, má jeden z nejvyšších známých albedos kteréhokoli těla ve sluneční soustavě, s 99% EM záření odráží. Další pozoruhodný vysoké albedo tělo je Eris s albeda 0,96. Mnoho malých objektů ve vnější sluneční soustavě a asteroidů mají nízké albedos až asi 0,05. Typický jádro komety má albedo 0,04. Takový tmavý povrch se považuje za indikativní pro primitivní a silně prostoru zvětralý povrch obsahující některé organické sloučeniny .

Celková albedo na Měsíci je měřena být asi 0,136, ale je silně směrové a non-Lambertian, zobrazuje také silnou opoziční efekt . Ačkoli takové odrazivost vlastnosti jsou odlišné od těch, o všech pozemních terénů, které jsou typické pro regolith povrchů Airless těles sluneční soustavy.

Dva běžné albedos, které se používají v astronomii, jsou (V-pás) geometrické albedo (měření jasu při osvětlení pochází z přímo za pozorovatele) a Bond albedo (měřící celkový podíl elektromagnetické energie odražené). Jejich hodnoty se mohou výrazně lišit, což je běžný zdroj zmatku.

Planeta Geometrický Pouto
Rtuť 0,142 0,088
Venuše 0,689 0,76
Země 0,434 0,306
Mars 0,170 0.25
Jupiter 0,538 0,503
Saturn 0,499 0,342
Uran 0,488 0.300
Neptune 0,442 0.290

V podrobných studií, směrové odrazivosti vlastnosti astronomických těles jsou často vyjádřeny v pěti Hapke parametry, které částečně empiricky popisují variaci albeda s fázovým úhlem , včetně charakterizace opoziční účinku regolith povrchů.

Korelace mezi astronomické (geometrickým) albeda, absolutní hodnota a průměr je: ,

kde je astronomická albedo, je průměr v km, a je absolutní hodnota.

Příklady pozemních albedo efektů

Osvětlení

Albedo není přímo závislý na osvětlení, protože změna množství dopadajícího světla proporcionálně mění množství odraženého světla, s výjimkou případů, kdy ke změně osvětlení vyvolává změnu zemského povrchu v daném místě (například prostřednictvím zpětné vazby albedo teploty). To znamená, že, albedo a osvětlení jak se liší podle zeměpisné šířky. Albedo je nejvyšší v blízkosti pólů a nejnižší v subtropech, s lokálním maximem v tropech.

insolační účinky

Intenzita albedo účinků teploty závisí na množství albeda a úrovni místních slunečního záření (slunečního záření); vysoké albedo oblasti v arktických a antarktických oblastí jsou chladné kvůli nízkému slunečnímu záření, kde se oblasti, jako je Sahary , které mají také relativně vysoké albedo, bude teplejší v důsledku silného ozáření. Tropické a sub-tropický deštný prales oblasti mají nízký albedo, a jsou mnohem teplejší než jejich mírných lesů protějšky, které mají nižší oslunění. Vzhledem k tomu, sluneční záření tak velkou roli v oblasti vytápění a chlazení účinky albeda hraje, bude silného ozáření oblastech, jako v tropech mají tendenci vykazovat výraznější kolísání lokální teplota, při níž místní změny albedo.

Arktické oblasti, zejména uvolňovat větší množství tepla zpět do vesmíru, než to, co absorbovat efektivně ochlazování Země . To je předmětem zájmu, protože arktické led a sníh byl tající při vyšších rychlostech v důsledku vyšších teplot, vytvoření oblastí v arktických, že jsou podstatně tmavší (je voda nebo půda, která je tmavší barvy) a odráží méně tepla zpět do prostoru. Tato zpětnovazební smyčku za následek sníženou albedo efekt.

Klima a počasí

Albedo ovlivňuje klima stanovením kolik radiace planeta absorbuje. Nerovnoměrné zahřívání Země od albedo rozdíly mezi země, ledu nebo oceánských plochách může řídit počasí .

feedback albedo teploty

Když albedo změní oblast je kvůli sněžení, sněhem teploty zpětné výsledky. Vrstva sněžení zvyšuje místní albedo, odrážející sluneční světlo pryč, což vede k lokální chlazení. V zásadě platí, není-li vnější změny teploty ovlivní tuto oblast (např teplý vzduch masové ), zvýšená albedo a nižší teplota by byla zachována současná sníh a přizvat další sněžení, prohloubení zpětné vazby sněhu teploty. Nicméně, protože místní počasí je dynamický důsledku změny ročních období , případně teplé vzduchové hmoty a přímější úhel slunečního záření (vyšší osvětlení se ) způsobují tání. Když roztavený oblast odhaluje povrchy s nižší albedo, jako je tráva, půdy, účinek je obrácen: Darkening povrch snižuje albedo, zvýšení místní teploty, které indukuje více roztavení a tím snižují albedo dále, což vede k ještě více vytápění.

Sníh

Sníh albedo je velmi variabilní, v rozmezí od 0,9 tak vysoko, jak pro čerstvě napadaného sněhu, na asi 0,4 za tající sníh, a tak nízké, jak je 0,2 pro špinavého sněhu. Přes Antarktida sníh albedo průměru o něco více než 0,8. Jestliže okrajově zasněžená oblast ohřívá, sníh inklinuje tát, snižovat albedo, a tudíž vede k více tání sněhu, protože více záření je absorbována sněhovou pokrývkou (led-albedo pozitivní zpětné vazby ).

Stejně jako čerstvý sníh má vyšší albedo než dělá špinavou sníh, albedo zasněžených mořského ledu je mnohem vyšší než u mořské vody. Mořská voda absorbuje více slunečního záření, než by stejný povrch pokryty reflexní sněhem. Když mořský led taje, a to buď v důsledku zvýšení teploty moře nebo v reakci na zvýšenou sluneční záření shora, sněhem pokryté plochy se snižuje, a další povrch mořské vody je vystavena, takže se zvyšuje rychlost absorpce energie. Zvláštní absorbovaná energie ohřívá mořskou vodu, což zvyšuje rychlost, kterou mořský led taje. Stejně jako v předchozím příkladu snowmelt, proces tání mořského ledu je tedy další příklad kladné zpětné vazby. Oba pozitivní zpětnovazební smyčky jsou již dlouho uznávány jako důležité pro moderní teorie globálního oteplování .

Cryoconite , prachový navátý prach obsahující saze, někdy snižuje albedo na ledovců a ledových listů.

Dynamický charakter albeda v reakci na pozitivní zpětnou vazbu, spolu s účinky malých chyb v měření albeda, může vést k velkým chybám v odhadech energie. Vzhledem k tomu, aby se snížila chybu odhadu energie je důležité měřit albedo zasněžených oblastech prostřednictvím dálkového průzkumu země, spíše než použitím jediné hodnoty pro albedo po širokých oblastech.

účinky malého rozsahu

Albedo funguje v menším měřítku, taky. Při slunečním světle, tmavé oblečení absorbovat více tepla a světla, barevné prádlo to odráží lepší, což umožňuje určitou kontrolu nad tělesnou teplotu tím, že využívá albedo účinek barvy vnějšího oděvu.

Solární fotovoltaický jev

Albedo může mít vliv na elektrický energetický výkon solárních fotovoltaických zařízení . Například účinky spektrálně citlivý albeda jsou znázorněny rozdíly mezi spektrálně vážené albeda solární fotovoltaické technologie založené na hydrogenované amorfního křemíku (a-Si: H) a krystalického křemíku (c-Si) na bázi ve srovnání s tradičním spektrální Integrovaná albedo předpovědi. Výzkum ukázal, dopady více než 10%. V poslední době se analýza byla rozšířena na účinky spektrální zkreslení vzhledem k zrcadlovému odrazu 22 a často se vyskytujících povrchové materiály (jak člověka, tak přírodní) a analyzuje albedo vliv na výkon sedm fotovoltaických materiálů pokrývající tři topologie systému společné fotovoltaické : průmyslové (solární farmy), obchodní ploché střechy a obytných šikmých střešních aplikací.

stromy

Vzhledem k tomu, lesy mají obecně nízký albedo (většina ultrafialové a viditelné spektrum je absorbován přes fotosyntézu ), někteří vědci se domnívají, že větší pohlcování tepla stromy mohly kompenzovat některé z uhlíkových výhod zalesnění (nebo kompenzovat negativní klimatické dopady odlesňování ). V případě zelených lesích s sezónní sněhové pokrývky snížení albedo může být dostatečně velká k odlesňování způsobí čistý chladící efekt. Stromy také ovlivnit klima v extrémně složitých cestách prostřednictvím evapotranspirace . Vodní pára způsobuje ochlazení na povrchu půdy, způsobuje zahřívání, kde se kondenzuje, působí silný skleníkový plyn, a může zvýšit albedo, když se kondenzuje do mraků Vědci obecně považovat evapotranspirace jako čistý chladící nárazu, a čistý vliv klima albedo a evapotranspirace změny z odlesňování do značné míry závisí na místních klimatických podmínek

V sezónně zasněžených zónách, zimní albedos z holých ploch o 10% až 50% vyšší než v okolí zalesněných oblastech, protože sníh nepokrývá stromy tak snadno. Listnaté stromy mají hodnotu albedo asi 0,15 až 0,18, zatímco jehličnaté stromy mají hodnotu asi 0,09 až 0,15.

Studie provedené na Hadley Centre zkoumali relativní (obecně oteplování) účinek albedo změny a (chlazení) účinku zachycování uhlíku na výsadbu lesů. Zjistili, že nové lesy v tropických a midlatitude oblastech tendenci k ochlazení; nové lesy ve vysokých zeměpisných šířkách (např Sibiř) byl neutrální nebo možná oteplování.

Voda

Odrazivost hladké vodě při teplotě 20 ° C (index lomu = 1,333)

Voda odráží světlo velmi odlišně od typických pozemních materiálů. Odrazivost vodní plochy se vypočítá pomocí Fresnelovy rovnice (viz graf).

V rozsahu vlnové délky světla i vlnité vody je vždy hladký, takže světlo se odráží v místně zrcadlovým způsobem (není difuzně ). Záblesk světla off vodě je samozřejmostí Důsledkem této situace. Při malých úhlech dopadajícího světla, vlnitosti následek snížení odrazivosti, protože strmosti křivky odrazivosti-versus-incidentu úhlem a místně zvýšenou průměrnou úhlu dopadu.

Přestože odrazivost vody je v nízkých a středních úhlu dopadajícího světla velmi nízká, stane se při vysokých úhlech dopadajícího světla, jako jsou ty, které se vyskytují na osvětlené straně Země v blízkosti velmi vysoké terminátoru (časných ranních, pozdě odpoledne a okolí póly). Nicméně, jak bylo uvedeno výše, zvlnění způsobuje značné snížení. Vzhledem k tomu, světlo zrcadlově odražené od vody není obvykle dosáhne diváka, voda je obvykle považován za velmi nízký albedo i přes svou vysokou odrazivost při vysokých úhlech dopadajícího světla.

Všimněte si, že bílá čepice na vlnách nádech (a mají vysoké albedo), protože voda je pěnový nahoru, takže existuje mnoho překrývajících se bublina povrchy, které odrážejí, sečtení jejich odrazivostmi. Čerstvé ‚černé‘ led exponáty Fresnelova odrazu. Sníh na prvních místech tohoto mořského ledu zvyšuje albedo 0,9.

mraky

Cloud albedo má podstatný vliv na atmosférické teploty. Různé typy mraků vykazují odlišnou odrazivost, teoreticky sahat do albeda od minima blízko 0 ° C až maximálně blížící se 0,8. „Každý den, asi polovina Země je pokryta mraky, které odrážejí více slunečního světla, než půdu a vodu. Mraky udržet zemi v pohodě tím, že odrážejí sluneční světlo, ale může také sloužit jako deky na pasti teplo.“

Albedo a klima v některých oblastech jsou ovlivněny umělými mraky, takový jako ti vytvořený contrails těžkého komerčního linkového letadla provoz. Studie po pálení kuvajtských ropných polích během irácké okupace ukazují, že teploty pod hořící ropné požáry byly, stejně jako 10 ° C chladnější než teplota několik mil daleko pod jasnou oblohou.

účinky aerosolové

Aerosoly (velmi jemné částečky / kapičky v atmosféře), mají přímý i nepřímý vliv na zářivé bilanci Země. Přímý (albedo) účinek je obecně chladit planetu; nepřímý účinek (částice působí jako oblak kondenzační jádra , a tím změnit vlastnosti oblak) je méně jisté. Podle účinky jsou:

  • Aerosol přímý účinek. Aerosoly přímo rozptylují a absorbují záření. Rozptyl záření bude atmosférický chlazení, zatímco absorpce může způsobit oteplování atmosféry.
  • Aerosol nepřímý účinek. Aerosoly upravit vlastnosti mraků prostřednictvím podskupiny aerosol populace nazývá kondenzace mraků jader . Zvýšené koncentrace jádra vést ke zvýšení koncentrací počet oblak kapek, což zase vede ke zvýšenému cloud albeda, zvýšení rozptylu světla a radiačním chlazením ( první nepřímý účinek ), ale také vede ke snížení účinnosti srážek a zvýšení životnosti mraku ( druhý nepřímý účinek ) ,

černý uhlík

Další účinek albedo-související na klima je od sazí částic. Velikost tohoto efektu je obtížné kvantifikovat: Mezivládní panel pro změny klimatu odhaduje, že globální průměrná radiačního působení na saze aerosolů z fosilních paliv, je 0,2 W m -2 , s rozpětí 0,1 až 0,4 W m -2 , Černé uhlí je větší příčinou tání polárního ledového příkrovu v Arktidě než oxid uhličitý díky svému vlivu na albeda.

Lidské aktivity

Lidská činnost (např, odlesňování, zemědělství a urbanizace) změnit albedo různých místech po celém světě. Nicméně kvantifikace tohoto vlivu na celosvětovém měřítku je obtížné.

Jiné druhy albedo

Jeden rozptylující albedo se používá pro definování rozptylu elektromagnetických vln na malé částice. To závisí na vlastnostech materiálu ( index lomu ); velikost částice nebo částice; a vlnová délka dopadajícího záření.

viz též

Reference

externí odkazy