Shrnutí na Sluneční záření a energetická bilance
Sluneční Záření a Energetická Bilance: Kompletní Průvodce
Úvod
Sluneční záření je hlavní zdroj energie pro zemský povrch a atmosféru. Tento materiál přináší přehled základních pojmů týkajících se intenzity, spektra a změn slunečního záření v atmosféře. Materiál je určen pro samostudium a klade důraz na jasné vysvětlení, příklady a srovnání pojmů.
Definice: Solární (sluneční) irradiance je intenzita elektromagnetického záření dopadajícího na jednotkovou plochu kolmou k paprskům. Solární konstanta je hodnota této irradiance na horní hranici atmosféry při střední vzdálenosti Země od Slunce.
1. Insolace a základní pojmy
Co je insolace
- Insolace označuje intenzitu elektromagnetického slunečního záření dopadajícího na horizontální plochu. Závisí hlavně na zenitové vzdálenosti Slunce.
- Při kolmém dopadu paprsků dopadá na jednotku povrchu více energie než při šikmém dopadu.
Definice: Extraterestrální insolace je insolace na horní hranici atmosféry; její roční průběh nazýváme solární klima.
Praktický příklad: Pokud je Slunce přímo nad hlavou (zenit), denní insolace na jednotku plochy je nejvyšší; při západu Slunce energie na stejné ploše klesá kvůli většímu sklonu paprsků.
Solární konstanta a TSI
- Historicky používaná hodnota solární konstanty je přibližně $1366\ \mathrm{W,m^{-2}}$ (existují i jiné odhady, např. $1353{,}732\ \mathrm{W,m^{-2}}$ podle některých zdrojů).
- Protože Země obíhá po elipse a aktivita Slunce se mění, je vhodné používat pojem celkové sluneční záření (TSI, total solar irradiance), které může kolísat.
Definice: TSI je celkový tok sluneční energie dopadající na jednotkovou plochu kolmou k paprskům ve vzdálenosti 1 AU, včetně variací způsobených sluneční aktivitou.
2. Spektrum slunečního záření
Rozdělení podle vlnové délky
- Ultrafialové (UV): $0{,}10$ až $0{,}38\ \mu\mathrm{m}$
- Viditelné: $0{,}38$ až $0{,}75\ \mu\mathrm{m}$
- Infračervené: $>0{,}75\ \mu\mathrm{m}$
- Tepelné: $>10\ \mu\mathrm{m}$
Pro meteorologii a klimatologii se často používá jednoduché rozlišení:
- Krátkovlnné záření: $0{,}1$ až $4\ \mu\mathrm{m}$ (přibližně $99%$ slunečního záření)
- Dlouhovlnné záření: $>4\ \mu\mathrm{m}$ (typické pro záření Země a atmosféry)
Tabulka: srovnání druhů záření
| Druh záření | Vlnová délka | Hlavní vlastnost |
|---|---|---|
| Ultrafialové | $0{,}10-0{,}38\ \mu\mathrm{m}$ | Vysoká energie, ovlivňuje ozónovou vrstvu |
| Viditelné | $0{,}38-0{,}75\ \mu\mathrm{m}$ | Vnímáno lidským okem |
| Infračervené | $>0{,}75\ \mu\mathrm{m}$ | Tepelné účinky |
| Krátkovlnné (souhrn) | $0{,}1-4\ \mu\mathrm{m}$ | Téměř veškeré sluneční záření |
| Dlouhovlnné | $>4\ \mu\mathrm{m}$ | Emise Země a atmosféry |
3. Interakce slunečního záření s atmosférou
Sluneční záření prochází atmosférou a podléhá třem hlavním procesům:
- Pohlcování
- Rozptyl
- Odraz (albedo)
Pohlcování
- Různé plyny pohlcují různé části spektra:
- Dusík: slabé pohlcování v úzkém pásmu UV
- Kyslík: pohlcuje části viditelného a UV
- Ozón: silné pohlcování UV ve vyšších vrstvách
- V nižších vrstvách: infračervené pohlcují zejména CO$_2$, vodní pára a částice
- Orientačně se uvádí, že atmosféra pohlcuje přibližně $15%$ přímého slunečního záření (hodnota orientační).
Definice: Pohlcování je proces přeměny elektromagnetické energie na jinou formu (např. teplo) v atmosféře nebo na povrchu.
Praktický dopad: Zvýšený obsah vodní páry a aerosolů vede k většímu pohlcování IR a tím ke změnám lokálního tepelného režimu.
Rozptyl
- Rozptyl je odchylování paprsků od původního směru; rozptýlené záření se šíří všemi směry.
- Dva hlavní typy rozptylu:
- Molekulární (Rayleighův) na malých částicích a molekulách; silně závisí na délce vlny ($\pro
Zaregistruj se pro celé shrnutíUž máš účet? Přihlásit se
Sluneční záření - přehled
Klíčová slova: Sluneční záření, Záření a skleníkový efekt, Tepelná bilance Země
Klíčové pojmy: Sluneční irradiance na horní hranici se často uvádí jako $1366\ \mathrm{W\,m^{-2}}$, TSI je proměnná veličina závislá na sluneční aktivitě a vzdálenosti Země od Slunce, Krátkovlnné záření $0{,}1-4\ \mu\mathrm{m}$ tvoří ~99% sluneční energie, Dlouhovlnné záření $>4\ \mu\mathrm{m}$ je typické pro Zemi a atmosféru, Atmosférické procesy: pohlcování, rozptyl, odraz (albedo), Pohlcování: ozón silně pohlcuje UV, CO$_2$ a vodní pára pohlcují IR, Rozptyl: Rayleighův rozptyl $\propto \lambda^{-4}$ vysvětluje modrou oblohu, Albedo $a = \frac{I_R}{I_T}\cdot 100\%$, průměrně ~30%, Roční změny insolace kvůli excentricitě oběžné dráhy, Schwabeův 11letý cyklus ovlivňuje TSI a sluneční aktivitu