Gandrīz visa enerģija, kas nonāk uz planētas Zeme un vada dažādus laika apstākļus, okeāna straumes un ekosistēmu izplatību, nāk no saules. Šis intensīvais saules starojums, kā tas ir pazīstams fiziskajā ģeogrāfijā, rodas saules kodolā un ir galu galā tiek nosūtīts uz Zemi pēc konvekcijas (enerģijas vertikālā kustība), spiežot to prom no saules kodols. Aptuveni astoņu minūšu laikā saules starojums sasniedz Zemi pēc aiziešanas no saules virsmas.
Tiklīdz šis saules starojums nonāk uz Zemes, tā enerģija visā pasaulē ir nevienmērīgi sadalīta platuma grādos. Kad šis starojums nonāk Zemes atmosfērā, tas nonāk netālu no ekvatora un veido enerģijas pārpalikumu. Tā kā polos nonāk mazāk tieša saules starojuma, tiem, savukārt, rodas enerģijas deficīts. Lai uzturētu enerģijas līdzsvaru uz Zemes virsmas, enerģijas pārpalikums no ekvatoriālajiem reģioniem cikla laikā plūst uz poliem, tādējādi enerģija tiks līdzsvarota visā pasaulē. Šo ciklu sauc par Zemes-atmosfēras enerģijas bilanci.
Saules radiācijas ceļi
Tiklīdz Zemes atmosfēra saņem īsviļņu saules starojumu, enerģiju sauc par insolāciju. Šī insolācija ir enerģijas ievade, kas ir atbildīga par dažādu Zemes-atmosfēras sistēmu pārvietošanos, piemēram, iepriekš aprakstīto enerģijas bilanci, kā arī laika apstākļus, okeāna straumēm, un citi Zemes cikli.
Insulācija var būt tieša vai izkliedēta. Tiešais starojums ir saules starojums, ko saņem Zemes virsma un / vai atmosfēra un kuru atmosfēras izkliede nav mainījusi. Izkliedēts starojums ir saules starojums, ko modificē ar izkliedi.
Pati izkliede ir viens no pieciem ceļiem, ko saules starojums var veikt, nonākot atmosfērā. Tas notiek, ja insolācija tiek novirzīta un / vai novirzīta, nonākot atmosfērā ar tur esošajiem putekļiem, gāzi, ledu un ūdens tvaikiem. Ja enerģijas viļņiem ir īsāks viļņu garums, tie ir izkliedēti vairāk nekā tie, kuriem ir garāki viļņu garumi. Izkliede un tas, kā tā reaģē ar viļņa garumu, ir atbildīga par daudzām lietām, kuras mēs redzam atmosfērā, piemēram, debesu zilo krāsu un baltos mākoņus.
Pārraide ir vēl viens saules starojuma ceļš. Tas rodas, ja gan īsviļņu, gan garviļņu enerģija iziet cauri atmosfērai un ūdenim, nevis izkliedējas, mijiedarbojoties ar gāzēm un citām atmosfēras daļiņām.
Refrakcija var notikt arī tad, kad atmosfērā nonāk saules starojums. Šis ceļš notiek, kad enerģija pārvietojas no viena veida telpas uz citu, piemēram, no gaisa ūdenī. Kad enerģija pārvietojas no šīm telpām, tā maina ātrumu un virzienu, reaģējot ar tajās esošajām daļiņām. Virziena maiņa bieži liek enerģijai saliekties un atbrīvot dažādas gaismas krāsas tajā, līdzīgi tam, kas notiek, kad gaisma iet caur kristālu vai prizmu.
Absorbcija ir ceturtais saules starojuma ceļa veids un enerģijas pārveidošana no vienas formas citā. Piemēram, kad saules starojumu absorbē ūdens, tā enerģija pāriet ūdenī un paaugstina tā temperatūru. Tas ir raksturīgs visām absorbējošajām virsmām no koka lapas līdz asfaltam.
Pēdējais saules starojuma ceļš ir pārdomas. Tas ir tad, kad daļa enerģijas atlido tieši atpakaļ kosmosā, to neuzsūcot, refraktējot, pārraidot un neizkliedējot. Svarīgs termins, kas jāatceras, pētot saules starojumu un refleksiju, ir albedo.
Albedo
Albedo tiek definēts kā virsmas atstarojošā kvalitāte. To izsaka procentos no atspoguļotās insolācijas pret ienākošo insolāciju un nulles procenti ir kopējā absorbcija, bet 100% ir kopējā refleksija.
Redzamās krāsas ziņā tumšākās krāsās ir zemāks albedo, tas ir, tās absorbē vairāk insolācijas, un gaišākās krāsās ir "augsts albedo" vai lielāks atstarošanas ātrums. Piemēram, sniegs atspoguļo 85–90% insolācijas, savukārt asfalts atspoguļo tikai 5–10%.
Saules leņķis ietekmē arī albedo vērtību, un zemāki saules leņķi rada lielāku atstarošanos, jo enerģija, kas nāk no zema saules leņķa, nav tik spēcīga kā enerģija, kas nāk no augsta saules leņķa. Turklāt gludām virsmām ir augstāks albedo, bet nelīdzenām virsmām to samazina.
Tāpat kā saules starojums kopumā, arī albedo vērtības visā pasaulē mainās ar platumu, bet Zemes vidējais albedo līmenis ir aptuveni 31%. Virsmām starp tropiem (no 23,5 ° N līdz 23,5 ° S) vidējais albedo ir 19-38%. Polos dažās vietās tas var sasniegt pat 80%. Tas ir saistīts ar zemāku saules leņķi, kas atrodas pie poliem, kā arī ar lielāku svaiga sniega, ledus un gluda, atklāta ūdens klātbūtni - visās vietās ir tendence uz augstu atstarošanas līmeni.
Albedo, saules starojums un cilvēki
Mūsdienās albedo rada lielas bažas cilvēkiem visā pasaulē. Tā kā rūpnieciskās darbības palielina gaisa piesārņojumu, pati atmosfēra kļūst atstarojošāka, jo ir vairāk aerosolu, kas atspoguļo insolāciju. Turklāt dažreiz to rada pasaules lielāko pilsētu zemais albedo pilsētu siltuma salas kas ietekmē abus pilsētas plānošana un enerģijas patēriņš.
Saules starojums ir atradis vietu arī jaunos atjaunojamās enerģijas plānos, īpaši saules paneļos elektrībai un melnajās caurulēs ūdens sildīšanai. Šo priekšmetu tumšajās krāsās ir zems albedo līmenis, tāpēc tie absorbē gandrīz visu saules starojumu, kas tos pārsteidz, padarot tos par efektīviem instrumentiem saules enerģijas izmantošanai visā pasaulē.
Neskatoties uz saules efektivitāti elektrības ražošanā, tomēr ir jāveic saules starojuma un albedo pētījumi būtiski, lai izprastu Zemes laika ciklus, okeāna straumes un dažādu ekosistēmu atrašanās vietas.