Bilancio radiativo dell'atmosfera
Il bilancio della radiazione tiene conto della trasformazione e del comportamento dell'energia radiante solare quando interagisce con l'atmosfera e la superficie sottostante, della radiazione propria dell'atmosfera e della superficie sottostante.
Il bilancio radiativo della superficie sottostante (al limite inferiore dell'atmosfera), dell'atmosfera e del sistema Terra-atmosfera (al limite superiore dell'atmosfera) è la caratteristica finale di tutti i processi di radiazione. Cioè, processi associati all'ingresso, all'uscita e all'interazione della radiazione ottica con vari componenti dell'atmosfera e della Terra.
Per il bilancio radiativo della superficie sottostante R n l'equazione ha la forma
dove e sono i flussi (o le somme su un periodo di tempo) della radiazione diretta e diffusa entrante; E 3 ed E a - flussi (o quantità) di controradiazione della superficie terrestre e dell'atmosfera; Una % di albedo della superficie sottostante.
Il ruolo delle varie componenti è visibile dalla figura, che presenta i risultati delle osservazioni in un'area desertica vicino a Tashkent (42°N, settembre).
Variazione giornaliera delle componenti del bilancio radiativo della superficie sottostante: 1 – radiazione diretta; 2 – bilancio radiativo; 3 – radiazione diffusa; 4 – radiazione riflessa; 5 – radiazione dalla superficie sottostante.
In estate è tipico di tutte le parti del mondo un bilancio R n positivo di giorno e negativo di notte. In inverno, al nord e in parte alle latitudini temperate, questo bilancio radioattivo rimane negativo 24 ore su 24. Questa zona comprende le latitudini alle quali il Sole non supera gli 11° a mezzogiorno; quelli. in dicembre il confine della zona si trova a 56°, in gennaio - 58°, in febbraio - 66 ○ N. di latitudine.
Il ciclo annuale è caratterizzato da una netta dipendenza latitudinale dovuta all'elevata altezza del Sole. Nella zona da 40°N. fino a 40°S i valori mensili del bilancio radiativo su terra e mare sono sempre positivi con un massimo nel mese di luglio. A latitudini più elevate e in inverno il bilancio radiativo diventa negativo con un minimo a dicembre. Secondo i calcoli di M.I. Budyko (1956), medio-
Il valore annuo del bilancio radiativo della superficie terrestre è generalmente positivo e pari a 68 kcal/cm 2 -anno (90 W/m 2).
La nuvolosità modifica non solo la componente in ingresso del bilancio radiativo (radiazione diretta e diffusa), ma anche la componente in uscita (radiazione della superficie sottostante e radiazione riflessa). Di conseguenza, un aumento della nuvolosità comporta una diminuzione dei valori positivi durante il giorno, ed una diminuzione dei valori negativi durante la notte.
Un aumento della nuvolosità da 3 a 8 punti riduce il valore del 20%.
Un aumento dell'albedo dal 10 all'80% (neve) riduce il valore di un fattore tre.
Per il bilancio radiativo dell'atmosfera l'equazione differisce dalla precedente (per ) ed ha la forma
Flussi di controradiazione della superficie terrestre e dell'atmosfera
costituiscono ora il lato attivo del bilancio. La quantità è la parte di radiazione diretta e diffusa assorbita dall'atmosfera (in entrata). Il valore indica la radiazione dell'atmosfera e della superficie sottostante che fuoriesce nello spazio. Costituisce la parte di spesa del bilancio della radiazione atmosferica. Non tutti i componenti possono essere misurati direttamente. Pertanto, il valore si ottiene mediante calcolo.
Il bilancio radiativo del sistema Terra-atmosfera è determinato dalla somma
.
Il valore per le singole regioni può essere positivo o negativo, ma per il globo nel suo insieme è prossimo allo zero. Ciò è spiegato dal fatto che il regime termico del globo nel suo insieme mantiene uno stato vicino allo stazionario.
Di conseguenza il saldo medio annuo positivo della superficie sottostante = 90 W/m 2 è bilanciato da un saldo medio annuo negativo di pari valore.
Nella figura è presentato un diagramma della distribuzione media annua del flusso della radiazione solare entrante e delle quote dei flussi assorbiti, diffusi, riflessi e in uscita della radiazione a onde corte secondo i calcoli di Schneider e Denist (1975)
La distribuzione media annua del flusso è considerata pari a 100 unità convenzionali.
Dalla distribuzione del flusso presentata segue:
1. 41 unità di radiazione diretta sono passate attraverso l'atmosfera e 39 unità sono state disperse (al confine tra stratosfera e troposfera).
2. 17 unità di radiazione solare diretta sono state disperse da molecole e aerosol, 22 unità sono state assorbite dall'idrosfera e 2 sono state riflesse (risalite). Totale 41 unità;
3. 39 unità sparse sono state divise in questo modo: 19 unità sono state disperse verso l'alto dalle nuvole, 5 unità sono state assorbite dalle nuvole, delle restanti 15 unità, 14,5 sono state assorbite nell'idrosfera, 0,5 sono state riflesse e sono andate verso l'alto;
4. delle 17 unità disperse dalle molecole e dall'aerosol, 6 unità sono salite a causa della retrodiffusione dell'aerosol, 10,5 unità sono state assorbite dall'idrosfera e 0,5 unità sono state riflesse (queste 0,5 unità e le precedenti 15 unità ammontavano a 1 unità di radiazione riflessa ) ;
5. sono uscite dal sistema complessivamente 19+6+1+2=28 unità;
6. quindi: 47 unità sono state assorbite dall'acqua, 5 unità sono state assorbite dalle nuvole, 3 unità sono state assorbite dall'ozono nella stratosfera, 17 unità sono state assorbite dall'acqua e dalle polveri nella troposfera, per un totale di 72 unità;
7. Queste 72 unità sono proprio ciò che manca nella radiazione in uscita, ce ne sono 28;
Se ora includiamo in questo diagramma il flusso della radiazione a onde lunghe in uscita (le 72 unità convenzionali mancanti), otterremo un diagramma del bilancio radiativo globale della Terra come pianeta.
Come si può vedere dal diagramma, il flusso medio annuo di radiazione a onde corte in uscita oltre l'atmosfera è costituito in gran parte da quello riflesso dalle nuvole (19 unità). Ed in misura minore, i flussi retrodiffusi dagli aerosol atmosferici (6 unità) e riflessi dalla superficie sottostante (3 unità).
La distribuzione zonale del bilancio radiativo della Terra viene attualmente misurata con una precisione soddisfacente utilizzando i satelliti artificiali della Terra. Da questi dati risulta che i valori medi annui positivi nella zona equatoriale sopra gli oceani sono sistematicamente più alti che sulla terraferma.
Le caratteristiche regionali del bilancio radiativo della superficie terrestre, dell'atmosfera e della Terra nel suo complesso consistono nella loro elevata variabilità spaziotemporale, causata da variazioni significative dei componenti. Pertanto, il monitoraggio regionale di questi ultimi risulta estremamente importante per interpretare i cambiamenti climatici nelle singole regioni e nell’intero pianeta.
