Albedo van water. Albedo-effect en opwarming van de aarde

De totale straling die het aardoppervlak heeft bereikt, wordt gedeeltelijk geabsorbeerd door bodem en waterlichamen en omgezet in warmte; het wordt besteed aan de oceanen en zeeën voor verdamping en wordt gedeeltelijk gereflecteerd in de atmosfeer (gereflecteerde straling). De verhouding van geabsorbeerde en gereflecteerde stralingsenergie hangt af van de aard van het land, van de invalshoek van de stralen op het wateroppervlak. Omdat het praktisch onmogelijk is om de geabsorbeerde energie te meten, wordt de waarde van de gereflecteerde energie bepaald.

De reflectiviteit van land- en wateroppervlakken wordt hun . genoemd albedo. Het wordt berekend als een percentage van de gereflecteerde straling van de inval op een bepaald oppervlak, samen met de hoek (meer precies, de sinus van de hoek) van inval van de stralen en de hoeveelheid optische massa's van de atmosfeer waar ze doorheen gaan, is een van de belangrijkste planetaire factoren van klimaatvorming.

Op het land wordt albedo bepaald door de kleur van natuurlijke oppervlakken. Alle straling kan een volledig zwart lichaam assimileren. Het spiegeloppervlak reflecteert 100% van de stralen en kan niet opwarmen. Van echte oppervlakken heeft pure sneeuw het hoogste albedo. Hieronder staan ​​de albedo van landoppervlakken door natuurlijke zones.

De klimaatvormende waarde van de reflectiviteit van verschillende oppervlakken is extreem hoog. In ijszones op hoge breedtegraden wordt zonnestraling, die al verzwakt is door de passage van een groot aantal optische massa's van de atmosfeer en onder een scherpe hoek op het oppervlak valt, gereflecteerd door eeuwige sneeuw.

Het albedo van een wateroppervlak voor directe straling hangt af van de hoek waaronder de zonnestralen erop vallen. Verticale stralen dringen diep door in het water en nemen hun warmte op. Hellende stralen van het water worden weerkaatst, als van een spiegel, en het wordt niet verwarmd: het albedo van het wateroppervlak bij een Zonhoogte van 90" is 2%, bij een Zonhoogte van 20° - 78%.

Oppervlaktegezichten en zonale landschappen Albedo

Verse droge sneeuw………………………………………… 80-95

Natte sneeuw……………………………………………….. 60-70

Zee-ijs…………………………………………………….. 30-40

Toendra zonder sneeuwbedekking………………………….. 18

Stabiele sneeuwbedekking in gematigde breedtegraden 70

Dezelfde onstabiel …………………………………….. 38

Naaldbos in de zomer…………………………………………. 10-15

Idem, met stabiel sneeuwdek…….. 45

Loofbos in de zomer……………………………………. 15-20

Idem, met gele bladeren in de herfst……………….. 30-40

Weide…………………………………………………………………… 15-25

Steppe in de zomer…………………………………………………….. 18

Zand van verschillende kleuren…………………………………….. 25-35

Woestijn………………………………………………………….. 28

savanne in droge seizoen…………………………………… 24

Hetzelfde, in het regenseizoen……………………………………. achttien

De gehele troposfeer……………………………………………… 33

Aarde als geheel (planeet)…………………………………….. 45

Voor strooistraling is het albedo iets minder.
Aangezien 2/3 van de oppervlakte van de wereld wordt ingenomen door de oceaan, fungeert de assimilatie van zonne-energie door het wateroppervlak als een belangrijke klimaatvormende factor.

Oceanen op subpolaire breedtegraden nemen slechts een klein deel van de warmte van de zon op die hen bereikt. Tropische zeeën daarentegen absorberen bijna alle zonne-energie. Het albedo van het wateroppervlak, zoals het sneeuwdek van de poollanden, verdiept de zonale differentiatie van klimaten.

In de gematigde zone vergroot de reflectiviteit van oppervlakken het verschil tussen de seizoenen van het jaar. In september en maart bevindt de zon zich op dezelfde hoogte boven de horizon, maar maart is kouder dan september, omdat de zonnestralen worden weerkaatst door het sneeuwdek. Het verschijnen van eerste gele bladeren in de herfst, en dan rijp en tijdelijke sneeuw verhoogt het albedo en verlaagt de luchttemperatuur. Het stabiele sneeuwdek veroorzaakt door lage temperaturen versnelt de afkoeling en verdere verlaging van de wintertemperaturen.

De albedo-trend op lange termijn is gericht op koeling. De laatste jaren laten satellietmetingen een lichte trend zien.

Het veranderen van het albedo van de aarde heeft potentieel een krachtige impact op het klimaat. Naarmate albedo, of reflectiviteit, toeneemt, wordt meer zonlicht terug de ruimte in gereflecteerd. Dit heeft een verkoelend effect op de mondiale temperatuur. Integendeel, een afname van albedo verwarmt de planeet. Een verandering in albedo van slechts 1% geeft een stralingseffect van 3,4 W/m2, vergelijkbaar met het effect van CO2-verdubbeling. Hoe heeft albedo de temperatuur op aarde de afgelopen decennia beïnvloed?

Albedo trends tot 2000

Het albedo van de aarde wordt bepaald door verschillende factoren. Sneeuw en ijs reflecteren het licht goed, dus als ze smelten, gaat het albedo naar beneden. Bossen hebben een lager albedo dan open ruimtes, dus ontbossing neemt albedo toe (laten we zeggen dat ontbossing de opwarming van de aarde niet zal stoppen). Spuitbussen hebben een direct en indirect effect op albedo. De directe invloed is de weerkaatsing van zonlicht in de ruimte. Een indirect effect is de werking van aerosoldeeltjes als centra van vochtcondensatie, wat de vorming en levensduur van wolken beïnvloedt. Wolken beïnvloeden op hun beurt de temperatuur op aarde op verschillende manieren. Ze koelen het klimaat door zonlicht te weerkaatsen, maar kunnen ook een verwarmend effect hebben door uitgaande infraroodstraling vast te houden.

Met al deze factoren moet rekening worden gehouden bij het optellen van de verschillende stralingsforceringen die het klimaat bepalen. Verandering in landgebruik wordt berekend op basis van historische reconstructies van veranderingen in de samenstelling van akkerland en grasland. Waarnemingen van satellieten en vanaf de grond maken het mogelijk trends in het niveau van aerosolen en wolkenalbedo vast te stellen. Het is te zien dat wolkenalbedo de sterkste factor is van de verschillende soorten albedo. De langetermijntrend is in de richting van koeling, de impact is -0,7 W/m2 van 1850 tot 2000.

Fig.1 Gemiddelde jaarlijkse totale stralingsforcering(Hoofdstuk 2 van de IPCC AR4).

Albedo-trends sinds 2000.

Een manier om het albedo van de aarde te meten is door het asgrauwe licht van de maan. Dit is zonlicht dat eerst door de aarde wordt gereflecteerd en 's nachts door de maan wordt teruggekaatst naar de aarde. Het aslicht van de maan wordt sinds november 1998 gemeten door de Big Bear Solar Observatory (ook in 1994 en 1995 zijn er een aantal metingen gedaan). Fig. 2 toont albedoveranderingen van satellietgegevensreconstructie (zwarte lijn) en van maanaslichtmetingen (blauwe lijn) (Palle 2004).

Fig.2 Veranderingen in albedo gereconstrueerd uit ISCCP-satellietgegevens (zwarte lijn) en veranderingen in het aslicht van de maan (zwarte lijn). De rechter verticale schaal toont de negatieve stralingsforcering (dwz afkoeling) (Palle 2004).

De gegevens in figuur 2 zijn problematisch. Zwarte lijn, ISCCP-satellietgegevensreconstructie" is een puur statistische parameter en heeft weinig fysieke betekenis omdat het geen rekening houdt met de niet-lineaire relaties tussen wolken- en oppervlakte-eigenschappen en planetair albedo, en evenmin veranderingen in aerosolalbedo omvat, zoals die geassocieerd met Mount Pinatubo of antropogene sulfaatemissies(Echt klimaat).

Nog problematischer is de albedo-piek rond 2003, zichtbaar in de blauw asgrauwe lichtlijn van de maan. Het is sterk in tegenspraak met de satellietgegevens die op dit moment een lichte trend vertonen. Ter vergelijking kunnen we ons de Pinatubo-uitbarsting in 1991 herinneren, die de atmosfeer vulde met aerosolen. Deze aerosolen weerkaatsten zonlicht, waardoor een negatieve stralingsforcering van 2,5 W/m2 ontstond. Hierdoor is de temperatuur op aarde drastisch gedaald. De aslichtgegevens toonden toen een blootstelling van bijna -6 W/m2, wat een nog grotere temperatuurdaling had moeten betekenen. In 2003 hebben zich geen soortgelijke gebeurtenissen voorgedaan. (Wielicki 2007).

In 2008 werd de reden voor de discrepantie ontdekt. Het Big Bear Observatory installeerde in 2004 een nieuwe telescoop om het licht van de maan te meten. Met de nieuwe verbeterde gegevens hebben ze hun oude gegevens opnieuw gekalibreerd en hun albedo-schattingen herzien (Palle 2008). Rijst. 3 toont de oude (zwarte lijn) en bijgewerkte (blauwe lijn) albedowaarden. De abnormale piek van 2003 is verdwenen. De trend van toenemende albedo van 1999 tot 2003 is echter behouden gebleven.

Rijst. 3 Verandering in het albedo van de aarde volgens metingen van het grauwe licht van de maan. De zwarte lijn is de albedo-veranderingen van een publicatie uit 2004 (Palle 2004). Blauwe lijn - bijgewerkte albedo-wijzigingen na verbeterde gegevensanalyseprocedure, bevat ook gegevens over een langere periode (Palle 2008).

Hoe nauwkeurig wordt het albedo bepaald aan de hand van het asgrauwe licht van de maan? De methode is niet globaal van opzet. Het beïnvloedt ongeveer een derde van de aarde bij elke waarneming, sommige gebieden blijven altijd "onzichtbaar" vanaf de waarnemingsplaats. Bovendien zijn metingen zeldzaam en worden ze gedaan in een smal golflengtebereik van 0,4-0,7 µm (Bender 2006).

Satellietgegevens zoals CERES daarentegen zijn een globale meting van de kortegolfstraling van de aarde, inclusief alle effecten van oppervlakte- en atmosferische eigenschappen. In vergelijking met aslichtmetingen dekken ze een groter bereik (0,3-5,0 µm). Een analyse van de CERES-gegevens laat geen albedo-trend op lange termijn zien van maart 2000 tot juni 2005. Vergelijking met drie onafhankelijke datasets (MODIS, MISR en SeaWiFS) laat een "opmerkelijke fit" zien voor alle 4 resultaten (Loeb 2007a).

Rijst. 4 Maandelijkse veranderingen in gemiddelde CERES SW TOA-flux en MODIS-wolkfractie ().

Albedo heeft de wereldwijde temperaturen beïnvloed - meestal in de richting van afkoeling in een langetermijntrend. In termen van recente trends tonen de ashlight-gegevens een toename van albedo van 1999 tot 2003 met weinig verandering na 2003. Satellieten laten weinig verandering zien sinds 2000. De stralingsforcering van albedo-veranderingen is de afgelopen jaren minimaal geweest.

Laten we enkele termen in herinnering roepen om de processen die het klimaat van onze planeet beïnvloeden te begrijpen.

het broeikas effect- dit is de toename van de temperatuur van de onderste lagen van de atmosfeer in vergelijking met de temperatuur van de thermische straling van de planeet. De essentie van het fenomeen ligt in het feit dat het oppervlak van de planeet zonnestraling absorbeert, voornamelijk in het zichtbare bereik en, opwarmend, terug de ruimte instraalt, maar al in het infraroodbereik. Een aanzienlijk deel van de infrarode straling van de aarde wordt geabsorbeerd door de atmosfeer en gedeeltelijk opnieuw uitgestraald naar de aarde. Dit effect van wederzijdse stralingswarmteoverdracht in de onderste lagen van de atmosfeer wordt het broeikaseffect genoemd. Het broeikaseffect is een natuurlijk element van de warmtebalans van de aarde. Zonder het broeikaseffect zou de gemiddelde oppervlaktetemperatuur van de planeet -19°C zijn in plaats van de echte +14°C. De afgelopen decennia hebben verschillende nationale en internationale organisaties de hypothese verdedigd dat menselijke activiteit leidt tot een toename van het broeikaseffect en daarmee tot extra opwarming van de atmosfeer. Tegelijkertijd zijn er alternatieve gezichtspunten, bijvoorbeeld door temperatuurveranderingen in de atmosfeer van de aarde in verband te brengen met de natuurlijke cycli van zonneactiviteit.(1)

Het vijfde evaluatierapport van het Intergouvernementeel Panel voor klimaatverandering (2013-2014) stelt dat, met een waarschijnlijkheid van meer dan 95%, menselijke invloed de dominante oorzaak is van de waargenomen opwarming sinds het midden van de 20e eeuw. De consistentie van waargenomen en berekende veranderingen in het hele klimaatsysteem geeft aan dat waargenomen klimaatveranderingen voornamelijk worden veroorzaakt door verhogingen van atmosferische concentraties van broeikasgassen als gevolg van menselijke activiteiten.

De huidige klimaatverandering in Rusland als geheel moet worden gekarakteriseerd als een aanhoudende opwarming met een snelheid van meer dan tweeënhalf keer de gemiddelde snelheid van de opwarming van de aarde.(2)

diffuse reflectie- dit is een reflectie van de op het oppervlak invallende lichtstroom, waarbij de reflectie plaatsvindt onder een andere hoek dan de inval. Diffuse reflectie wordt als de oppervlakte-onregelmatigheden in de orde van de golflengte liggen (of groter zijn) en willekeurig gerangschikt zijn. (3)

Aarde Albedo(A.Z.) - Het percentage zonnestraling dat door de aardbol (samen met de atmosfeer) wordt afgegeven aan de wereldruimte, aan de zonnestraling die aan de grens van de atmosfeer is aangekomen. De terugkeer van zonnestraling door de aarde bestaat uit reflectie vanaf het aardoppervlak, verstrooiing van directe straling door de atmosfeer in de wereldruimte (terugverstrooiing) en reflectie vanaf het bovenoppervlak van de wolken. A. 3. in het zichtbare deel van het spectrum (visueel) - ongeveer 40%. Voor de integrale flux van zonnestraling is de integrale (energie) A. 3. ongeveer 35%. Bij afwezigheid van wolken zou visueel A. 3. ongeveer 15% zijn. (4)

Spectraal bereik van de elektromagnetische straling van de zon- strekt zich uit van radiogolven tot röntgenstralen. Het maximale van zijn intensiteit valt echter op het zichtbare (geelgroene) deel van het spectrum. Aan de rand van de atmosfeer van de aarde is het ultraviolette deel van het zonnespectrum 5%, het zichtbare deel is 52% en het infrarode deel is 43%, aan het aardoppervlak is het ultraviolette deel 1%, het zichtbare deel is 40% en het infrarode deel van het zonnespectrum is 59%. (5)

zonneconstante- het totale vermogen van zonnestraling die door een enkel gebied gaat, loodrecht op de stroom georiënteerd, op een afstand van één astronomische eenheid van de zon buiten de atmosfeer van de aarde. Volgens buitenatmosferische metingen is de zonneconstante 1367 W/m².(3)

aardoppervlak– 510.072.000 km2.

1. Grootste deel.

Veranderingen in het huidige klimaat (in de richting van opwarming) worden global warming genoemd.

Het eenvoudigste mechanisme van de opwarming van de aarde is als volgt.

Zonnestraling die de atmosfeer van onze planeet binnenkomt, wordt gemiddeld 35% gereflecteerd, wat het integrale albedo van de aarde is. Het grootste deel van de rest wordt geabsorbeerd door het oppervlak, dat opwarmt. De rest wordt door fotosynthese opgenomen door planten.

Het verwarmde aardoppervlak begint uit te stralen in het infrarode bereik, maar deze straling ontsnapt niet de ruimte in, maar wordt vertraagd door broeikasgassen. We zullen geen rekening houden met soorten broeikasgassen. Hoe meer broeikasgassen, hoe meer warmte ze terug naar de aarde uitstralen, en hoe hoger, dienovereenkomstig, de gemiddelde temperatuur van het aardoppervlak.

De Overeenkomst van Parijs, een overeenkomst in het kader van het Raamverdrag van de Verenigde Naties inzake klimaatverandering, richt zich op de noodzaak om "de wereldwijde gemiddelde temperatuurstijgingen 'ruim onder' 2 ° C te houden en 'inspanningen te leveren' om temperatuurstijgingen tot 1,5 ° C te beperken". Maar daarin zit, afgezien van het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen, geen algoritme om dit probleem op te lossen.

Aangezien de Verenigde Staten zich op 1 juni 2017 uit deze overeenkomst hebben teruggetrokken, is een nieuw internationaal project nodig. En Rusland kan het bieden.

Het belangrijkste voordeel van de nieuwe overeenkomst moet een duidelijk en effectief mechanisme zijn om de impact van broeikasgassen op het klimaat op aarde te verminderen.

De meest interessante manier om de impact van broeikasgassen op het klimaat te verminderen, is misschien om het gemiddelde albedo van de aarde te verhogen.

Laten we het eens nader bekijken.

In Rusland zijn er ongeveer 625.000 km wegen bedekt met asfalt, in China en de VS - in totaal een orde van grootte meer.

Zelfs als we aannemen dat alle wegen in Rusland éénbaans zijn en categorie 4 zijn (wat op zich al absurd is), dan zal de minimale breedte 3 m zijn (volgens SNiP 2.07.01-89). De oppervlakte van de weg wordt 1875 km2. Of 1.875.000.000 m2.

De zonneconstante buiten de atmosfeer is, zoals we ons herinneren, 1,37 kW/m2.

Laten we om het simpel te houden de middelste band nemen, waar de zonne-energie aan het aardoppervlak (een gemiddelde waarde voor het jaar) ongeveer gelijk zal zijn aan 0,5 kW/m2.

We snappen dat de kracht van zonnestraling op de wegen van de Russische Federatie 937.500.000 watt valt.

Nu delen we dit getal door 2. De aarde draait. Het blijkt 468.750.000 watt te zijn.

Het gemiddelde integrale albedo van asfalt is 20%.

Door toevoeging van pigment of gebroken glas kan het zichtbare albedo van asfalt tot 40% worden vergroot. Het pigment moet spectraal overeenkomen met het stralingsbereik van onze ster. Die. hebben geelgroene kleuren. Maar tegelijkertijd - om de fysieke eigenschappen van asfaltbeton niet te verslechteren en om zo goedkoop en gemakkelijk mogelijk te synthetiseren.

Met de geleidelijke vervanging van oud asfaltbeton door een nieuwe, in het proces van natuurlijke slijtage van de eerste, zal de totale toename van het gereflecteerde stralingsvermogen 469 MW x 0,4 (zichtbaar deel van het zonnespectrum) x0,2 ( verschil tussen de oude en nieuwe albedo) 37,5 MW.

We houden geen rekening met de infraroodcomponent van het spectrum, omdat: het zal worden geabsorbeerd door broeikasgassen.

In de hele wereld zal deze waarde meer dan 500 MW bedragen. Dit is 0,00039% van het totale inkomende stralingsvermogen naar de aarde. En om het broeikaseffect te elimineren, is het noodzakelijk om de kracht met 3 orden van grootte meer te reflecteren.

De situatie op de planeet zal verslechteren en het smelten van gletsjers, want. hun albedo is erg hoog.

De totale straling die het aardoppervlak bereikt, wordt er niet volledig door geabsorbeerd, maar gedeeltelijk door de aarde gereflecteerd. Daarom moet bij het berekenen van de komst van zonne-energie voor een plaats rekening worden gehouden met de reflectiviteit van het aardoppervlak. Reflectie van straling vindt ook plaats vanaf het oppervlak van wolken. De verhouding van de totale flux van kortegolfstraling Rk die wordt gereflecteerd door een bepaald oppervlak in alle richtingen tot de stralingsflux Q die op dit oppervlak valt, wordt genoemd albedo(A) gegeven oppervlak. Deze waarde

laat zien hoeveel van de stralingsenergie die op het oppervlak invalt erdoor wordt gereflecteerd. Albedo wordt vaak uitgedrukt als een percentage. Dan

(1.3)

In tafel. Nr. 1.5 geeft de albedo-waarden voor verschillende typen aardoppervlak. Uit de gegevens in Tabel. 1.5 laat zien dat vers gevallen sneeuw de hoogste reflectiviteit heeft. In sommige gevallen werd een sneeuwalbedo tot 87% waargenomen, en in de omstandigheden van de Arctische en Antarctische wateren zelfs tot 95%. Ingepakte, gesmolten en nog meer vervuilde sneeuw reflecteert veel minder. Albedo van verschillende bodems en vegetatie, zoals volgt uit tabel. 4, verschillen relatief weinig. Talloze onderzoeken hebben aangetoond dat het albedo vaak gedurende de dag verandert.

De hoogste albedowaarden worden 's ochtends en 's avonds waargenomen. Dit wordt verklaard door het feit dat de reflectiviteit van ruwe oppervlakken afhankelijk is van de invalshoek van het zonlicht. Bij een verticale val dringen de zonnestralen dieper door in het vegetatiedek en worden daar geabsorbeerd. Op een lage hoogte van de zon dringen de stralen minder door in de vegetatie en worden ze meer gereflecteerd vanaf het oppervlak. Het albedo van wateroppervlakken is gemiddeld kleiner dan het albedo van het landoppervlak. Dit wordt verklaard door het feit dat de zonnestralen (het kortgolvige groenblauwe deel van het zonnespectrum) voor een groot deel doordringen in de bovenste waterlagen die voor hen transparant zijn, waar ze worden verstrooid en geabsorbeerd. In dit opzicht beïnvloedt de mate van troebelheid de reflectiviteit van water.

Tabel nr. 1.5

Voor vervuild en troebel water neemt het albedo merkbaar toe. Voor strooistraling is het albedo van water gemiddeld zo'n 8-10%. Voor directe zonnestraling is het albedo van het wateroppervlak afhankelijk van de hoogte van de zon: bij een afname van de hoogte van de zon neemt de albedowaarde toe. Dus, met een pure inval van stralen, wordt slechts ongeveer 2-5% gereflecteerd. Als de zon laag boven de horizon staat, wordt 30-70% gereflecteerd. De reflectiviteit van de wolken is erg hoog. Het gemiddelde wolkenalbedo is ongeveer 80%. Als we de waarde van het oppervlakte-albedo en de waarde van de totale straling kennen, is het mogelijk om de hoeveelheid straling te bepalen die door een bepaald oppervlak wordt geabsorbeerd. Als A het albedo is, dan is de waarde a \u003d (1-A) de absorptiecoëfficiënt van een bepaald oppervlak, wat aangeeft welk deel van de straling die op dit oppervlak invalt erdoor wordt geabsorbeerd.

Als bijvoorbeeld een totale stralingsflux Q = 1,2 cal / cm2 min op het oppervlak van groen gras valt (A = 26%), dan is het percentage geabsorbeerde straling

Q \u003d 1 - A \u003d 1 - 0.26 \u003d 0.74, of een \u003d 74%,

en de hoeveelheid geabsorbeerde straling

B absorberen \u003d Q (1 - A) \u003d 1,2 0,74 \u003d 0,89 cal / cm2 min.

Het albedo van het wateroppervlak is sterk afhankelijk van de invalshoek van de zonnestralen, aangezien zuiver water licht reflecteert volgens de wet van Fresnel.

waar Z P – zenithoek van de zon Z 0 is de brekingshoek van de zonnestralen.

Op de positie van de zon op het zenit is het albedo van het oppervlak van een kalme zee 0,02. Met een toename van de zenithoek van de zon Z P albedo neemt toe en bereikt 0,35 at Z P\u003d 85. De opwinding van de zee leidt tot verandering Z P , en vermindert het bereik van albedo-waarden aanzienlijk, omdat het in het algemeen toeneemt Z n door een toename van de kans dat stralen een hellend golfoppervlak raken Opwinding beïnvloedt de reflectiviteit niet alleen door de helling van het golfoppervlak ten opzichte van de zonnestralen, maar ook door de vorming van luchtbellen in het water. Deze bellen verstrooien het licht voor een groot deel, waardoor de diffuse straling die uit de zee komt, toeneemt. Daarom neemt bij hoge zeegolven, wanneer schuim en lammeren verschijnen, het albedo toe onder invloed van beide factoren Verstrooide straling komt onder verschillende hoeken het wateroppervlak binnen wolkenloze lucht. Het hangt ook af van de verdeling van de wolken in de lucht. Daarom is het zeeoppervlak albedo voor diffuse straling niet constant. Maar de grenzen van zijn fluctuaties zijn smaller 1 van 0,05 tot 0,11. Bijgevolg varieert het albedo van het wateroppervlak voor totale straling afhankelijk van de hoogte van de zon, de verhouding tussen directe en verstrooide straling, golven van het zeeoppervlak. in gedachten houdend dat de noordelijke delen van de oceanen zwaar bedekt zijn met zee-ijs. In dit geval moet ook rekening worden gehouden met het albedo van ijs. Zoals u weet, zijn belangrijke delen van het aardoppervlak, vooral op de middelste en hoge breedtegraden, bedekt met wolken die zonnestraling sterk reflecteren. Kennis van het cloud albedo is daarom van groot belang. Met behulp van vliegtuigen en ballonnen werden speciale metingen van wolkenalbedo uitgevoerd. Ze toonden aan dat het albedo van wolken afhangt van hun vorm en dikte Het albedo van altocumulus en stratocumulus wolken heeft de hoogste waarden wolken Cu - Sc - ongeveer 50%.

De meest complete gegevens over cloudalbedo verkregen in Oekraïne. De afhankelijkheid van het albedo en de transmissiefunctie p van de dikte van de wolken, die het resultaat is van de systematisering van de meetgegevens, wordt gegeven in Tabel. 1.6. Zoals te zien is, leidt een toename van de wolkendikte tot een toename van albedo en een afname van de transmissiefunctie.

Gemiddeld albedo voor wolken St met een gemiddelde dikte van 430 m is 73%, voor wolken Smet met een gemiddelde dikte van 350 m - 66%, en de transmissiefuncties voor deze wolken zijn respectievelijk 21 en 26%.

Het albedo van wolken hangt af van het albedo van het aardoppervlak. r 3 waarop de wolk zich bevindt. Fysiek gezien is het duidelijk dat hoe meer r 3 , hoe groter de flux van gereflecteerde straling die omhoog gaat door de bovengrens van de wolk. Aangezien albedo de verhouding is van deze stroom tot de inkomende stroom, leidt een toename van het albedo van het aardoppervlak tot een toename van het albedo van wolken.De studie van de eigenschappen van wolken om zonnestraling te reflecteren, werd uitgevoerd met behulp van kunstmatige aardsatellieten door de helderheid van wolken te meten.De gemiddelde wolkenalbedo-waarden die uit deze gegevens worden verkregen, zijn weergegeven in tabel 1.7.

Tabel 1.7 - Gemiddelde albedowaarden van wolken van verschillende vormen

Volgens deze gegevens varieert cloudalbedo van 29 tot 86%. Opmerkelijk is dat cirruswolken een klein albedo hebben in vergelijking met andere wolkenvormen (met uitzondering van cumulus). Alleen cirrostratuswolken, die dikker zijn, reflecteren de zonnestraling grotendeels (r= 74%).

Het probleem van het gevaar van asteroïden en kometen, d.w.z. de dreiging van een botsing tussen de aarde en kleine lichamen van het zonnestelsel, wordt tegenwoordig erkend als een complex mondiaal probleem waarmee de mensheid wordt geconfronteerd. Deze collectieve monografie vat voor het eerst gegevens over alle aspecten van het probleem samen. Moderne ideeën over de eigenschappen van kleine lichamen van het zonnestelsel en de evolutie van hun ensemble, de problemen van detectie en monitoring van kleine lichamen worden overwogen. De kwesties van het beoordelen van het dreigingsniveau en de mogelijke gevolgen van vallende lichamen op aarde, manieren om schade te beschermen en te verminderen, evenals manieren om binnenlandse en internationale samenwerking op dit wereldwijde probleem te ontwikkelen, worden besproken.

Het boek is bedoeld voor een brede groep lezers. Wetenschappers, docenten, afgestudeerde studenten en studenten van verschillende specialismen, waaronder in de eerste plaats astronomie, natuurkunde, aardwetenschappen, ruimtetechnici en natuurlijk lezers die geïnteresseerd zijn in wetenschap, zullen veel interessante dingen voor zichzelf vinden.

Boek:

<<< Назад

Doorsturen >>>

Asteroïden schijnen, net als alle andere lichamen van het zonnestelsel, behalve het centrale lichaam, door het gereflecteerde licht van de zon. Tijdens het observeren registreert het oog de lichtstroom die door de asteroïde naar de aarde wordt verstrooid en door de pupil gaat. Een kenmerk van de subjectieve gewaarwording van een lichtstroom van wisselende intensiteit afkomstig van asteroïden is hun schittering. Het is deze term (in plaats van helderheid) die wordt aanbevolen voor gebruik in de wetenschappelijke literatuur. In feite reageert het oog op de verlichting van het netvlies, d.w.z. op de lichtstroom per oppervlakte-eenheid van het gebied loodrecht op de zichtlijn, op een afstand van de aarde. Verlichting is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand van de asteroïde tot de aarde. Aangezien de door een asteroïde verstrooide flux omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand tot de zon, kan worden geconcludeerd dat de verlichting op aarde omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand van de asteroïde tot de zon en tot de aarde. Dus, als we de verlichting aanduiden die wordt gecreëerd door een asteroïde die zich op een afstand r van de zon bevindt en? van de aarde, door E en door E 1 - de verlichting gecreëerd door hetzelfde lichaam, maar op een eenheidsafstand van de zon en van de aarde, dan

E \u003d E 1 r -2? -2 . (3.2)

In de astronomie wordt verlichting meestal uitgedrukt in stellaire magnitudes. Een verlichtingsinterval van één grootte is de verhouding van verlichtingen die door twee bronnen worden gecreëerd, waarbij de verlichting van een van hen 2,512 keer groter is dan de verlichting die door de andere wordt gecreëerd. In een meer algemeen geval geldt de Pogson-formule:

E m1 /E m2 = 2.512 (m2-m1) , (3,3)

waarbij E m1 - verlichting van een bron met magnitude m 1, E m2 - verlichting van een bron met magnitude m 2 (hoe kleiner de verlichting, hoe groter de magnitude). Uit deze formules volgt de afhankelijkheid van de helderheid van de asteroïde m, uitgedrukt in magnitudes, van de afstand r tot de Zon en? van de aarde:

m = m 0 + 5 lg(r?), (3.4)

waarbij m 0 de zogenaamde absolute magnitude van de asteroïde is, numeriek gelijk aan de magnitude die de asteroïde zou hebben, op een afstand van 1 AU. van de zon en de aarde en bij een fasehoek nul (denk eraan dat de fasehoek de hoek is bij de asteroïde tussen de richtingen naar de aarde en naar de zon). Een dergelijke configuratie van drie lichamen kan natuurlijk niet in de natuur worden gerealiseerd.

Formule (3.4) beschrijft niet volledig de verandering in de helderheid van een asteroïde tijdens zijn baanbeweging. In feite hangt de helderheid van een asteroïde niet alleen af ​​van de afstand tot de zon en de aarde, maar ook van de fasehoek. Deze afhankelijkheid hangt enerzijds samen met de aanwezigheid van schade (het deel van de asteroïde dat niet door de zon wordt verlicht) wanneer het vanaf de aarde wordt waargenomen onder een fasehoek die niet nul is, en anderzijds met de micro - en macrostructuur van het oppervlak.

Houd er rekening mee dat de asteroïden van de Main Belt alleen kunnen worden waargenomen bij relatief kleine fasehoeken, tot ongeveer 30°.

Tot de jaren 80. 20ste eeuw Men geloofde dat het toevoegen van een term die evenredig is aan de fasehoek aan formule (3.4) het mogelijk maakt om redelijk goed rekening te houden met de verandering in helderheid afhankelijk van de fasehoek:

m = m0 + 5 lg(r?) + k?, (3.5)

waar? - fase hoek. De evenredigheidscoëfficiënt k, hoewel verschillend voor verschillende asteroïden, varieert voornamelijk binnen het bereik van 0,01-0,05 m/°.

Volgens formule (3.5) is de toename in grootte m bij toenemende fasehoek lineair, m0 is de ordinaat van het snijpunt van de fasekromme (eigenlijk recht) met de verticaal bij r = ? = 1 en? = 0°.

Meer recente studies hebben aangetoond dat de fasecurve van asteroïden complex is. Een lineaire afname van de helderheid (een toename van de grootte van het object) met toenemende fasehoek vindt alleen plaats in het bereik van ongeveer 7° tot 40°, waarna een niet-lineaire afname begint. Aan de andere kant vindt bij fasehoeken van minder dan 7° het zogenaamde oppositie-effect plaats - een niet-lineaire toename van de helderheid met een afname van de fasehoek (Fig. 3.15).

Rijst. 3.15. Magnitude versus fasehoek voor asteroïde (1862) Apollo

Sinds 1986, voor het berekenen van de schijnbare magnitude van asteroïden in de V-stralen (de visuele band van het spectrum van het fotometrische systeem UBV) er wordt een complexere semi-empirische formule gebruikt, die het mogelijk maakt om de verandering in helderheid in het bereik van fasehoeken van 0° tot 120° nauwkeuriger te beschrijven. De formule ziet eruit als:

V = H + 5 lg(r?) - 2,5 lg[(1 - G)? 1+G? 2]. (3.6)

Hier is H de absolute grootte van de asteroïde in de V-stralen, G is de zogenaamde kantelparameter, ? 1 en? 2 - fasehoekfuncties gedefinieerd door de volgende uitdrukkingen:

ik = exp ( - A ik B ik ), ik = 1, 2,

A 1 = 3,33, A 2 = 1,87, B 1 = 0,63, B 2 = 1,22.

Nadat de elementen van de baan zijn bepaald en dus r, ? en? kan worden berekend, maakt formule (3.6) het mogelijk om de absolute stellaire magnitude te vinden als er waarnemingen zijn van de schijnbare stellaire magnitude. Om de parameter G te bepalen, zijn waarnemingen van de schijnbare grootte bij verschillende fasehoeken vereist. Op dit moment is de waarde van parameter G bepaald op basis van waarnemingen voor slechts 114 asteroïden, waaronder verschillende NEA's. De gevonden waarden van G variëren van –0,12 tot 0,60. Voor andere asteroïden wordt aangenomen dat de G-waarde 0,15 is.

De flux van zonnestralingsenergie in het zichtbare golflengtebereik dat op het oppervlak van een asteroïde valt, is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tot de zon en hangt af van de grootte van de asteroïde. Deze stroom wordt gedeeltelijk geabsorbeerd door het oppervlak van de asteroïde, verwarmt het en gedeeltelijk verspreid in alle richtingen. De verhouding van de in alle richtingen verstrooide flux tot de invallende flux wordt het sferische albedo A genoemd. Het kenmerkt de reflectiviteit van het oppervlak van de asteroïde.

Sferisch albedo wordt meestal weergegeven als een product van twee factoren:

De eerste factor p, het geometrische albedo genoemd, is de verhouding van de helderheid van een echt hemellichaam met een fasehoek nul tot de helderheid van een absoluut witte schijf met dezelfde straal als het hemellichaam, loodrecht op de zonnestralen op de dezelfde afstand van de zon en de aarde als het hemellichaam zelf. De tweede factor q, de fase-integraal genoemd, hangt af van de vorm van het oppervlak.

In tegenstelling tot zijn naam bepaalt het geometrische albedo de afhankelijkheid van de verstrooiing van de invallende stroom niet van de geometrie van het lichaam, maar van de fysieke eigenschappen van het oppervlak. Het zijn de geometrische albedo-waarden die in tabellen worden gegeven en bedoeld zijn als we het hebben over de reflectiviteit van asteroïde-oppervlakken.

Albedo is niet afhankelijk van lichaamsgrootte. Het is nauw verwant aan de mineralogische samenstelling en microstructuur van de oppervlaktelagen van een asteroïde en kan worden gebruikt om asteroïden te classificeren en hun afmetingen te bepalen. Voor verschillende asteroïden varieert het albedo van 0,02 (zeer donkere objecten die slechts 2% van het invallende licht van de zon reflecteren) tot 0,5 of meer (zeer heldere).

Voor wat volgt, is het belangrijk om een ​​verband vast te stellen tussen de straal van een asteroïde, zijn albedo en absolute magnitude. Het is duidelijk dat hoe groter de straal van de asteroïde en hoe groter zijn albedo, hoe groter de lichtstroom die hij weerkaatst in een bepaalde richting, terwijl alle andere dingen gelijk blijven. De verlichting die een asteroïde op aarde creëert, hangt ook af van de afstand tot de zon en de aarde en de flux van de stralingsenergie van de zon, die kan worden uitgedrukt in termen van de grootte van de zon.

Als we de door de zon op aarde gecreëerde verlichting aanduiden als E ? , de verlichting gecreëerd door de asteroïde - als E, de afstanden van de asteroïde tot de zon en de aarde - als r en?, en de straal van de asteroïde (in AU) - als?, dan kan de volgende uitdrukking worden gebruikt om bereken het geometrische albedo p:

Als we de logaritme van deze verhouding nemen en de logaritme van de verhouding E/E vervangen? met de Pogson-formule (3.3) vinden we

lg p \u003d 0,4 (m ? - m) + 2 (lg r + lg ? - lg ?),

waar m? is de schijnbare magnitude van de zon. We vervangen nu m door formule (3.4), dan

lg p \u003d 0,4 (m ? - m 0) - 2 lg ?,

of, als we de diameter D in kilometers uitdrukken en uitgaande van de schijnbare stellaire magnitude van de zon in stralen V gelijk aan –26,77 [Gerels, 1974], krijgen we

log D \u003d 3,122 - 0,5 log p - 0,2H, (3,7)

waarbij H de absolute magnitude is van de asteroïde in V-stralen.

<<< Назад