Güneş Radyasyonu ve Dünya'nın Albedosu

Dünya gezegenine gelen ve çeşitli hava olaylarını, okyanus akıntılarını ve ekosistemlerin dağılımını yönlendiren enerjinin neredeyse tamamı güneşten kaynaklanmaktadır. Fiziksel coğrafyada bilinen adıyla bu yoğun güneş radyasyonu güneşin çekirdeğinden kaynaklanır ve konveksiyonun (enerjinin dikey hareketi) onu güneşin çekirdeğinden uzaklaştırmasının ardından nihayetinde Dünya'ya gönderilir. Güneş radyasyonunun güneş yüzeyinden ayrıldıktan sonra Dünya'ya ulaşması yaklaşık sekiz dakika sürer.

Bu güneş radyasyonu Dünya'ya ulaştığında, enerjisi enlemlere göre dünya üzerinde eşit olmayan bir şekilde dağılır. Bu radyasyon Dünya'nın atmosferine girdiğinde ekvatorun yakınlarına çarpar ve bir enerji fazlası oluşturur. Kutuplara daha az doğrudan güneş radyasyonu ulaştığından, kutuplarda bir enerji açığı oluşur. Dünya yüzeyindeki enerjiyi dengede tutmak için, ekvatoral bölgelerdeki fazla enerji bir döngü içinde kutuplara doğru akar, böylece enerji dünya genelinde dengelenmiş olur. Bu döngüye Dünya-Atmosfer enerji dengesi denir.

Güneş Radyasyonu Yolları

Dünya atmosferi kısa dalga güneş radyasyonunu aldığında, enerji güneşlenme olarak adlandırılır. Bu güneşlenme, yukarıda açıklanan enerji dengesi gibi çeşitli Dünya-atmosfer sistemlerinin yanı sıra hava olayları, okyanus akıntıları ve diğer Dünya döngülerinin hareket etmesinden sorumlu enerji girdisidir.

Güneş ışınımı doğrudan veya dağınık olabilir. Doğrudan radyasyon, Dünya'nın yüzeyi ve/veya atmosferi tarafından alınan ve atmosferik saçılma ile değişime uğramamış güneş radyasyonudur. Dağınık radyasyon, saçılma ile değiştirilmiş güneş radyasyonudur.

Saçılmanın kendisi, güneş radyasyonunun atmosfere girerken izleyebileceği beş yoldan biridir. Güneş ışınımı atmosfere girdikten sonra orada bulunan toz, gaz, buz ve su buharı tarafından saptırıldığında ve/veya yeniden yönlendirildiğinde meydana gelir. Enerji dalgaları daha kısa dalga boyuna sahipse, daha uzun dalga boyuna sahip olanlardan daha fazla saçılırlar. Saçılma ve dalga boyu boyutuyla nasıl tepki verdiği, gökyüzünün mavi rengi ve beyaz bulutlar gibi atmosferde gördüğümüz birçok şeyden sorumludur.

İletim başka bir güneş radyasyonu yoludur. Hem kısa dalga hem de uzun dalga enerjisi atmosferdeki gazlar ve diğer parçacıklarla etkileşime girdiğinde saçılmak yerine atmosferden ve sudan geçtiğinde meydana gelir.

Kırılma, güneş radyasyonu atmosfere girdiğinde de meydana gelebilir. Bu yol, enerji bir tür boşluktan diğerine, örneğin havadan suya doğru hareket ettiğinde gerçekleşir. Enerji bu boşluklardan hareket ederken, orada bulunan parçacıklarla reaksiyona girerek hızını ve yönünü değiştirir. Yön değişimi genellikle enerjinin bükülmesine ve içindeki çeşitli ışık renklerini serbest bırakmasına neden olur, tıpkı ışığın bir kristal veya prizmadan geçerken olduğu gibi.

Soğurma, güneş radyasyonu yolunun dördüncü türüdür ve enerjinin bir formdan diğerine dönüştürülmesidir. Örneğin, güneş radyasyonu su tarafından emildiğinde, enerjisi suya geçer ve sıcaklığını yükseltir. Bu, bir ağacın yaprağından asfalta kadar tüm emici yüzeylerde yaygındır.

Son güneş radyasyonu yolu bir yansımadır. Bu, enerjinin bir kısmının emilmeden, kırılmadan, iletilmeden veya saçılmadan doğrudan uzaya geri döndüğü durumdur. Güneş radyasyonu ve yansımasını incelerken hatırlanması gereken önemli bir terim albedodur.

Albedo

Albedo, bir yüzeyin yansıtıcı kalitesi olarak tanımlanır. Yansıyan güneş ışığının gelen güneş ışığına oranı olarak ifade edilir ve yüzde sıfır toplam emilim iken %100 toplam yansımadır.

Görünür renkler açısından, daha koyu renkler daha düşük albedoya sahiptir, yani daha fazla güneş ışığını emerler ve daha açık renkler "yüksek albedoya" veya daha yüksek yansıma oranlarına sahiptir. Örneğin, kar güneş ışığının %85-90'ını yansıtırken, asfalt sadece %5-10'unu yansıtır.

Güneşin açısı da albedo değerini etkiler ve düşük güneş açıları daha fazla yansıma yaratır çünkü düşük güneş açısından gelen enerji yüksek güneş açısından gelen kadar güçlü değildir. Ayrıca, pürüzsüz yüzeyler daha yüksek albedoya sahipken, pürüzlü yüzeyler albedoyu düşürür.

Genel olarak güneş radyasyonu gibi, albedo değerleri de enleme bağlı olarak dünya genelinde değişiklik gösterir ancak Dünya'nın ortalama albedosu %31 civarındadır. Tropik bölgeler arasındaki yüzeyler için (23,5°N ila 23,5°S) ortalama albedo %19-38'dir. Kutuplarda bu oran bazı bölgelerde %80'e kadar çıkabilir. Bu durum kutuplarda güneş açısının daha düşük olmasının yanı sıra taze kar, buz ve pürüzsüz açık suların daha fazla bulunmasının bir sonucudur - tüm alanlar yüksek yansıtma seviyelerine eğilimlidir.

Albedo, Güneş Radyasyonu ve İnsanlar

Günümüzde albedo, dünya çapında insanlar için büyük bir endişe kaynağıdır. Endüstriyel faaliyetler hava kirliliğini arttırdıkça atmosferin kendisi de daha yansıtıcı hale gelmektedir çünkü güneş ışığını yansıtacak daha fazla aerosol bulunmaktadır. Buna ek olarak, dünyanın en büyük şehirlerinin düşük albedosu bazen hem şehir planlamasını hem de enerji tüketimini etkileyen kentsel ısı adaları yaratmaktadır.

Güneş radyasyonu aynı zamanda yenilenebilir enerjiye yönelik yeni planlarda da kendine yer bulmaktadır - özellikle elektrik için güneş panelleri ve su ısıtmak için siyah tüpler. Bu öğelerin koyu renkleri düşük albedoya sahiptir ve bu nedenle üzerlerine çarpan güneş radyasyonunun neredeyse tamamını emer, bu da onları dünya çapında güneşin gücünden yararlanmak için verimli araçlar haline getirir.

Regardless of the sun’s efficiency in electricity generation though, the study of solar radiation and albedo is essential to the understanding of Earth’s weather cycles, ocean currents, and locations of different ecosystems.