albedo - Albedo


Da Wikipédia, a enciclopédia livre

A percentagem de difusamente reflectida a luz solar em relação a várias condições de superfície

Albedo ( / ul l b i d / ) ( Latina : albedo , que significa 'brancura') é a medida da reflexão difusa de radiação solar , do total da radiação solar recebida por um corpo astronomia (por exemplo, um planeta como a Terra ) . Ele é adimensional e medida numa escala de 0 (o que corresponde a um corpo negro que absorve toda a radiação incidente) para um (que corresponde a um corpo que reflecte toda a radiação incidente).

Albedo de superfície é definida como a razão de irradiância reflectida para a irradiância recebido por uma superfície. A proporção reflectida é determinada não só pelas propriedades da própria superfície, mas também pela distribuição espectral e angular de radiação solar que atinge a superfície da Terra. Estes factores variam com a composição da atmosfera, a localização geográfica e tempo (ver posição do Sol ). Enquanto bi-hemisférica reflectância é calculado para um único ângulo de incidência (isto é, para uma dada posição do Sol), albedo é a integração direccional de reflectância sobre todos os ângulos solares em um determinado período. A resolução temporal pode variar de segundos (tal como obtido a partir de medições de fluxo) para diárias médias, mensal, ou anuais.

A menos que determinado para um comprimento de onda específico (albedo espectral), albedo refere-se a todo o espectro da radiação solar. Devido a restrições de medição, que é muitas vezes indicados para o espectro em que a maioria da energia solar que atinge a superfície (entre 0,3 e 3? M). Este espectro inclui luz visível (0,39-0,7 mm), o que explica por que as superfícies com um albedo baixo aparecem escuras (por exemplo, árvores de absorver a maior parte da radiação), ao passo que as superfícies com um alto albedo aparecer brilhante (por exemplo, neve reflecte a maior parte da radiação).

Albedo é um conceito importante em climatologia , astronomia , e gestão ambiental (por exemplo, como parte da Liderança em Energia e Design Ambiental programa (LEED) para classificação sustentável de edifícios). O albedo médio da Terra a partir da atmosfera superior, o seu albedo planetário , é 30-35% por causa da cobertura de nuvens , mas amplamente varia localmente em toda a superfície por causa de diferentes características geológicas e ambientais.

O termo albedo foi introduzido na óptica por Johann Heinrich Lambert em seu 1760 trabalho Photometria .

albedo terrestre

albedos amostra
Superfície típico
albedo
asfalto fresco 0,04
Oceano aberto 0,06
asfalto desgastado 0,12
Floresta de coníferas
(Verão)
0,08, 0,09-0,15
Árvores caducifólias 0,15-0,18
solo nu 0,17
Grama verde 0,25
Areia do deserto 0,40
New concreto 0,55
gelo do oceano 0,5-0,7
neve fresca 0.80

Qualquer albedo em luz visível cai dentro de um intervalo de cerca de 0,9 para neve fresca para cerca de 0,04 para carvão, uma das substâncias mais escuras. Profundamente cavidades sombreadas pode conseguir um albedo eficaz se aproximando do zero de uma corpo negro . Quando visto de uma distância, a superfície do oceano tem um albedo baixo, como fazem a maioria das florestas, enquanto que áreas desérticas têm alguns dos mais altos albedos entre formações. A maioria das áreas de terra encontram-se numa gama de albedo de 0,1 a 0,4. O albedo médio da Terra é cerca de 0,3. Isso é muito maior do que para o oceano principalmente por causa da contribuição de nuvens.

2003-2004 média claro-céu anual e-sky total de albedo

Albedo da superfície da Terra é regularmente estimado através de observação da Terra sensores de satélite, como NASA 's MODIS instrumentos a bordo do Terra e do Aqua satélites, e o instrumento CERES na Suomi NPP e JPSS . À medida que a quantidade de radiação reflectida é medida apenas para uma única direcção por satélite, nem todas as indicações, um modelo matemático é utilizado para traduzir um conjunto de amostras de medições de reflectância por satélite em estimativas de reflectância direccional-hemisférica e reflectância bi-hemisférica (por exemplo,) . Estes cálculos baseiam-se na função de distribuição bidireccional reflectância (BRDF) , que descreve como a reflectância de uma determinada superfície depende do ângulo de visão do observador e o ângulo solar. BDRF pode facilitar traduções de observações de reflectância no albedo.

A temperatura média da superfície da Terra devido ao seu albedo e o efeito de estufa é de cerca de 15 ° C. Se a Terra foram congeladas inteiramente (e, por conseguinte, ser mais reflexiva), a temperatura média do planeta iria cair abaixo de -40 ° C. Se apenas as massas de terra continentais ficou coberta por geleiras, a temperatura média do planeta cairia para cerca de 0 ° C. Em contraste, se toda a Terra foi coberta por água - o chamado aquaplanet - a temperatura média do planeta subiria para cerca de 27 ° C.

White-céu e céu preto-albedo

Para as superfícies da terra, tem sido mostrado que o albedo em um determinado ângulo zénite solares θ i pode ser aproximada pela soma proporcional de dois termos: o reflectcia direccional-hemisférica em que ângulo zenital solar, e a reflectância bi-hemisférica, , com sendo a proporção da radiação directa a partir de um determinado ângulo de energia solar, e sendo a proporção de iluminação difusa.

Por isso, o albedo real (também chamado azul-céu albedo) pode então ser dada como:

Reflectância direcional-hemisférica é por vezes referido como albedo black-céu e reflectância bi-hemisférica as-céu branco albedo. Estes termos são importantes porque permitem que o albedo de ser calculada para qualquer dado condições de iluminação a partir de um conhecimento das propriedades intrínsecas da superfície.

albedo Astronomical

Os albedos de planetas , satélites e planetas menores , como asteróides podem ser usados para inferir muito sobre suas propriedades. O estudo de albedos, a sua dependência do comprimento de onda, ângulo de iluminação ( "ângulo de fase"), e a variação no tempo compreende uma grande parte do campo astronomia de fotometria . Para as pequenas e distantes objetos que não podem ser resolvidos por telescópios, muito do que sabemos vem do estudo de suas albedos. Por exemplo, o albedo absoluta pode indicar o teor em gelo da superfície exterior do sistema solar objectos, a variação de albedo com ângulo de fase dá informações sobre regolith propriedades, ao passo que invulgarmente alto albedo de radar é indicativo de elevado teor de metais em asteroides .

Enceladus , uma lua de Saturn, tem um dos albedos maior conhecidos de qualquer corpo do sistema solar, com 99% de radiação EM reflectido. Outro corpo de alta albedo notável é Eris , com um albedo de 0,96. Muitos pequenos objectos no sistema solar exterior e correia asteróide têm baixos albedos para baixo para cerca de 0,05. Um típico núcleo cometa tem um albedo de 0,04. Tal superfície escura é pensado para ser indicativo de uma primitiva e fortemente espaço resistido superfície contendo alguns compostos orgânicos .

O albedo global da Lua é medido para ser em torno de 0,136, mas é fortemente direcional e não-Lambertian, exibindo também um forte efeito de oposição . Embora tais propriedades de reflectância são diferentes daquelas de quaisquer terrenos terrestres, que são típicas das regolith superfícies de corpos do sistema solar sem ar.

Dois albedos comuns que são utilizados em astronomia são a (V-banda) albedo geométrico (medição do brilho quando a iluminação vem directamente atrás do observador) e o albedo de Bond (medição proporção total de energia electromagnética reflectida). Seus valores podem diferir significativamente, o que é uma fonte comum de confusão.

Planeta Geométrico Ligação
Mercúrio 0,142 0,088
Vênus 0,689 0,76
Terra 0,434 0,306
marte 0,170 0,25
Júpiter 0,538 0,503
Saturno 0,499 0,342
Urano 0,488 0,300
Netuno 0,442 0,290

Em estudos detalhados, as propriedades de reflectância direccionais de corpos celestes são frequentemente expressas em termos dos cinco parâmetros Hapke que descrevem semi-empiricamente a variação de albedo com ângulo de fase , incluindo a caracterização do efeito de oposição regolith superfícies.

A correlação entre a astronomia albedo (geométrico), a magnitude absoluta e diâmetro é: ,

onde é o albedo astronômico, é o diâmetro em quilômetros, e é a magnitude absoluta.

Exemplos de efeitos albedo terrestres

Iluminação

Albedo não está directamente dependente da iluminação por causa alterando a quantidade de luz que entra proporcionalmente altera a quantidade de luz reflectida, excepto nos casos em que uma alteração na iluminação induz uma alteração na superfície da Terra no local (por exemplo por meio de feedback albedo-temperatura). Dito isto, albedo e iluminação ambos variam de acordo com a latitude. Albedo é maior perto dos pólos e menor nas regiões subtropicais, com um máximo local nos trópicos.

efeitos de insolação

A intensidade dos efeitos da temperatura de albedo depender da quantidade de albedo e o nível do local de insolação (irradiação solar); áreas elevadas de albedo nas ártico e antárctico regiões são fria devido à baixa insolação, onde áreas tais como o deserto Sahara , que também tem um relativamente alto albedo, estará mais quente, devido à elevada insolação. Tropicais e sub-tropicais floresta tropical áreas têm baixo albedo, e são muito mais quente do que suas florestas temperadas homólogos, que têm menor insolação. Porque insolação desempenha um papel tão grande nos efeitos de aquecimento e arrefecimento de albedo, áreas elevadas de insolação como os trópicos tenderá a mostrar uma flutuação mais pronunciada da temperatura local quando as mudanças de albedo locais.

Regiões árticas nomeadamente liberar mais calor de volta para o espaço do que o que eles absorvem, efetivamente arrefecimento da Terra . Esta tem sido uma preocupação desde que o gelo ártico e neve foi derretendo a taxas mais elevadas devido a temperaturas mais altas, a criação de regiões no ártico que são notavelmente mais escura (sendo a água ou solo, que é a cor mais escura) e reflete menos calor para o espaço. Este ciclo de feedback resulta em um efeito de albedo reduzida.

Clima e tempo

Albedo afeta clima por determinar o quanto de radiação um planeta absorve. O aquecimento desigual da terra do albedo variações entre a terra, de gelo, ou oceano superfícies pode conduzir tempo .

realimentação albedo-temperatura

Quando as mudanças de albedo de uma área devido à queda de neve, uma neve de temperatura de feedback resultados. Uma camada de neve aumenta albedo local, reflectindo a luz solar de distância, que conduz a um arrefecimento local. Em princípio, se nenhuma mudança de temperatura exterior atinge esta área (por exemplo, um warm massa de ar ), o albedo elevado e temperatura mais baixa manteria a neve atual e convidar ainda mais queda de neve, aprofundando o feedback neve temperatura. No entanto, devido local, o tempo é dinâmico devido à mudança de estações , massas de ar, eventualmente, quentes e um ângulo mais direta da luz solar (maior insolação ) causa de fusão. Quando a área fundida revela superfícies com menor albedo, tais como capim ou solo, o efeito é invertido: a superfície de escurecimento reduz albedo, o aumento das temperaturas locais, o que induz mais de fusão e, assim, reduzindo o albedo mais, resultando em ainda mais aquecimento.

Neve

Neve albedo é altamente variável, variando de tão alto como 0.9 para neve recentemente caída, para cerca de 0,4 para derreter a neve, e tão baixa como 0,2 por neve suja. Ao longo Antarctica médias neve albedo um pouco mais do que 0,8. Se uma área ligeiramente coberta de neve aquece, neve tende a fundir, diminuindo o albedo, e, consequentemente, conduzindo a mais degelo porque mais radiação está a ser absorvido pela camada de neve (a gelo-albedo feedback positivo ).

Assim como a neve fresca tem um albedo mais elevado do que a neve suja, o albedo de gelo do mar coberto de neve é muito maior do que a água do mar. A água do mar absorve mais radiação solar do que seria a mesma superfície coberta de neve reflexivo. Quando o gelo se derrete mar, quer devido a um aumento na temperatura do mar ou em resposta a um aumento da radiação solar a partir de cima, a superfície coberta de neve é reduzido, e mais superfície da água do mar é exposta, de modo que a taxa de aumento de absorção de energia. O adicional de energia absorvida aquece a água do mar, que por sua vez aumenta a taxa à qual o gelo derrete mar. Tal como acontece com o exemplo anterior do degelo, o processo de fusão da camada de gelo é, assim, um outro exemplo de uma reacção positiva. Ambos loops de feedback positivos têm sido reconhecidos como importantes para a teoria moderna de aquecimento global .

Cryoconite , soprada pelo vento em pó contendo fuligem, por vezes reduz albedo no geleiras e camadas de gelo.

A natureza dinâmica do albedo em resposta ao feedback positivo, juntamente com os efeitos de pequenos erros na medição do albedo, pode levar a grandes erros nas estimativas de energia. Devido a isso, a fim de reduzir o erro das estimativas de energia, é importante para medir o albedo de áreas cobertas de neve através de técnicas de sensoriamento remoto em vez de aplicar um único valor para albedo sobre grandes regiões.

efeitos de pequena escala

Albedo funciona em uma escala menor, também. À luz do sol, roupas escuras absorvem mais calor e roupa de cores claras reflectem-la melhor, permitindo assim que algum controlo sobre a temperatura do corpo, explorando o efeito albedo da cor da roupa externo.

efeitos solares fotovoltaicos

Albedo pode afetar a energia elétrica de saída de energia solar dispositivos fotovoltaicos . Por exemplo, os efeitos de um albedo espectralmente responsivo são ilustrados pelas diferenças entre o albedo espectralmente ponderada da tecnologia fotovoltaica à base de silício amorfo hidrogenado (a-Si: H) e de silício cristalino (c-Si) com base na comparação com espectral tradicional previsões albedo Integrada. Pesquisa mostrou impactos de mais de 10%. Mais recentemente, a análise foi estendido para os efeitos de polarização espectral, devido à ref lectividade especular de 22 materiais de superfície que ocorrem normalmente (tanto humano-fabricados e natural) e analisa os efeitos de albedo sobre o desempenho dos sete materiais fotovoltaicos abrangendo três topologias de sistema comum fotovoltaicos : industriais (fazendas solares), telhados planos comerciais e aplicações de telhado de duas águas residenciais.

árvores

Porque as florestas têm, geralmente, um albedo baixo, (a maioria do ultravioleta e visível do espectro é absorvido através da fotossíntese ), alguns cientistas têm sugerido que uma maior absorção de calor por árvores poderia compensar alguns dos benefícios de carbono de arborização (ou compensar os impactos climáticos negativos de desmatamento ). No caso das florestas perenes com redução de albedo cobertura de neve sazonal pode ser grande o suficiente para o desmatamento para causar um efeito de resfriamento líquido. As árvores também impactam o clima de maneiras extremamente complicadas através da evapotranspiração . O vapor de água provoca o arrefecimento na superfície do terreno, provoca o aquecimento onde se condensa, actua um forte de gás com efeito de estufa, e pode aumentar o albedo quando se condensa em nuvens cientistas geralmente tratar evapotranspiração como um impacto de arrefecimento líquido, e o impacto ambiental líquido de albedo e evapotranspiração mudanças do desmatamento depende muito do clima local

Em zonas sazonalmente cobertas de neve, albedos inverno de áreas sem árvores são 10% a 50% maior do que as áreas vizinhas de florestas porque a neve não cobre as árvores tão facilmente. As árvores decíduas tem um valor de cerca de albedo 0,15-0,18 Considerando árvores coníferas tem um valor de cerca de 0,09 a 0,15.

Estudos realizados pelo Centro Hadley investigaram o efeito relativo (geralmente aquecendo) de mudança de albedo e efeito (de arrefecimento) de sequestro de carbono de plantação de florestas. Eles descobriram que novas florestas em áreas tropicais e latitudes médias tende a arrefecer; novas florestas em latitudes elevadas (por exemplo, na Sibéria) eram neutros ou talvez aquecendo.

agua

Reflectividade de água suave a 20 ° C (índice de refracção = 1,333)

Água reflete a luz de forma muito diferente a partir de materiais típicos terrestres. A reflectividade de uma superfície de água é calculada usando as equações de Fresnel (ver gráfico).

Na escala de comprimento de onda da luz, mesmo água ondulado é sempre suave de modo que a luz é reflectida numa localmente forma especular (não difusamente ). O brilho de água leve off é um efeito comum deste. Em pequenos ângulos de incidente de luz, waviness resultados em reflectividade reduzida por causa da inclinação da curva de ref lectividade-versus-incidente de ângulo e uma aumentada localmente ângulo médio incidente.

Embora a refletividade da água é muito baixa em ângulos baixos e médios da luz incidente, torna-se muito alta em altas ângulos de luz incidente, como os que ocorrem no lado iluminado da Terra perto do terminador (início da manhã, fim da tarde, e perto os polos). No entanto, como mencionado acima, a ondulação provoca uma redução apreciável. Dado que a luz reflectida especularmente de água geralmente não alcançar o espectador, a água é geralmente considerado como tendo um albedo muito baixo, apesar da sua alta reflectividade para grandes ângulos de luz incidente.

Note-se que as tampas brancas em ondas olhar branco (e têm alto albedo) porque a água é espumado-se, por isso há muitas superfícies de bolhas sobrepostas que refletem, somando seus reflectivities. Frescos 'negros' exposições de gelo Fresnel reflexão. Neve no topo desta gelo mar aumenta o albedo de 0,9.

Nuvens

Nuvem albedo tem uma influência substancial sobre as temperaturas atmosféricas. Diferentes tipos de nuvens exibem reflectividade diferente, teoricamente, que varia em albedo de um mínimo de perto de 0 até um máximo que se aproxima de 0,8. "Em um determinado dia, cerca de metade da Terra é coberta por nuvens, que refletem mais luz solar do que terra e água. Nuvens manter a Terra fria refletindo a luz solar, mas eles também podem servir como cobertores para calor armadilha."

Albedo e clima em algumas áreas são afetados por nuvens artificiais, tais como aqueles criados pelos rastros de tráfego avião comercial pesado. Um estudo após a queima dos campos de petróleo do Kuwait durante a ocupação do Iraque mostrou que as temperaturas sob o fogo queima de petróleo foram tanto como 10 ° C mais frio do que as temperaturas várias milhas de distância sob um céu claro.

efeitos de aerossóis

Aerossóis (partículas muito finas / gotículas na atmosfera) têm efeitos diretos e indiretos sobre o balanço radiativo terrestre. O efeito directo (albedo) é geralmente para arrefecer o planeta; o efeito indirecto (as partículas de actuar como núcleo de condensação da nuvem e desse modo alterar as propriedades de nuvem) é menos certa. De acordo com os efeitos são os seguintes:

  • Aerosol efeito directo. Aerossóis dispersam directamente e absorvem a radiação. A dispersão da radiação provoca arrefecimento atmosférico, enquanto que a absorção pode causar o aquecimento da atmosfera.
  • Aerosol efeito indireto. Aerossóis modificar as propriedades de nuvens através de um subconjunto de população de aerossol chamado núcleo de condensação da nuvem . As concentrações de núcleos aumentados levar a um aumento das concentrações Número nuvem de gotículas, o que por sua vez leva a um aumento da albedo nuvem, o aumento da dispersão de luz e de arrefecimento por radiação ( efeito de primeira indirecta ), mas também leva a uma menor eficiência de precipitação e aumento da vida útil da nuvem ( efeito segundo indirecta ) .

O carbono negro

Outro efeito albedo-relacionada no clima é a partir de negro de carbono partículas. O tamanho deste efeito é difícil de quantificar: o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas estima que a média global forçamento radiativo para aerossóis de carbono negro de combustíveis fósseis é +0.2 W m -2 , com uma gama 0,1-0,4 W m -2 . Negro de fumo é uma causa maior da fusão da camada de gelo polar no Árctico que o dióxido de carbono devido ao seu efeito sobre o albedo.

Atividades humanas

As atividades humanas (por exemplo, desmatamento, agricultura e urbanização) alterar o albedo de várias áreas ao redor do globo. No entanto, a quantificação deste efeito na escala global é difícil.

Outros tipos de albedo

Albedo-espalhamento único é utilizado para definir a dispersão de ondas electromagnéticas em pequenas partículas. Ele depende das propriedades do material ( índice de refracção ); o tamanho da partícula ou partículas; e o comprimento de onda da radiação incidente.

Veja também

Referências

links externos