Diffuse Himmelstrahlung

"Red Sky" leitet hier weiter. Für andere Verwendungen siehe Roter Himmel (Disambiguierung).
Im Erdatmosphäre, die dominante Streueffizienz von blaues Licht wird verglichen mit rot oder grün hell. Streuung und Absorption sind wichtige Ursachen der Dämpfung der Sonneneinstrahlung durch die Atmosphäre. Während breit Tageslicht, der Himmel ist blau wegen Rayleigh Streuung, während um Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang und besonders während Dämmerung, Absorption von Bestrahlung durch Ozon Hilft der Aufrechterhaltung der blauen Farbe am Abendhimmel. Bei Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang beleuchten tangential einfallende Sonnenstrahlen Wolken mit orange bis roten Farben.
Das sichtbare Spektrum, ungefähr 380 bis 740 Nanometer (NM),[1] Zeigt das atmosphärische Wasserabsorptionsband und die Sonneneinstrahlung Fraunhofer Linien. Das Blue Sky Spectrum zeigt über 450–485 nm, die Wellenlängen der Farbe Blau.

Diffuse Himmelstrahlung ist Sonnenstrahlung Erreichen des ErdeErfläche nach gewesen verstreut aus dem direkten Sonnenstrahl von Moleküle oder Partikel in dem Atmosphäre. Auch genannt Himmelsstrahlungder determinative Prozess zum Ändern der Farben der Himmel. Ungefähr 23% der direkten Vorfallstrahlung von Gesamt Sonnenlicht wird aus dem direkten Sonnenstrahl entfernt, indem in die Atmosphäre verstreut; von diesem Betrag (der einfallenden Strahlung) etwa zwei Drittel erreicht letztendlich die Erde als Photon diffus Oberlichtstrahlung.

Die dominanten Strahlungsstreuungsprozesse in der Atmosphäre sind Rayleigh Streuung und Mie Streuung; sie sind elastisch, was bedeutet, dass ein Lichtphoton von seinem Weg abweichen kann, ohne absorbiert zu werden und ohne Wellenlänge zu ändern.

Unter einem bewölkten Himmel gibt es kein direktes Sonnenlicht und alle Licht resultieren aus diffuse Oberlichtstrahlung.

Ausgehen aus Analysen der Folgen des Ausbruchs des Philippinen Vulkan Mount Pinatubo (im Juni 1991) und anderen Studien:[2][3] Diffuses Oberlicht kann aufgrund seiner intrinsischen Struktur und seines Verhaltens Unterkanoperblätter beleuchten, was eine effizientere Gesamtfotosynthese der gesamten Pflanze ermöglicht, als es sonst der Fall wäre. Dies in starkem Kontrast zu dem Effekt eines völlig klaren Himmels mit direktem Sonnenlicht, der Schatten auf untersorgliche Blätter schenkt und dadurch die Pflanzen -Photosynthese auf die obere Baldachinschicht begrenzt. (siehe unten).

Farbe

Ein klarer Tag des Tages, der in Richtung dessen blickt Zenit

Erdatmosphäre Streuung kurz-Wellenlänge Licht effizienter als die von längeren Wellenlängen. Da seine Wellenlängen kürzer sind, ist blaues Licht stärker verstreut als die längeren Leuchten, rot oder grün. Daher das Ergebnis, das beim Blick auf den Himmel vom direkten Vorfall weg schaut SonnenlichtDas menschliche Auge nimmt den Himmel als blau wahr.[4] Die wahrgenommene Farbe ähnelt der von einem monochromatischen Blau (bei Wellenlänge 474–476 nm) gemischt mit weißem Licht, das heißt, eine ungesättigt blaues Licht.[5] Die Erklärung der blauen Farbe von Rayleigh im Jahr 1871 ist ein berühmtes Beispiel für die Bewerbung Dimensionsanalyse Probleme in der Physik zu lösen;[6] (Siehe obere Abbildung).

Streuung und Absorption sind wichtige Ursachen der Dämpfung der Sonneneinstrahlung durch die Atmosphäre. Die Streuung variiert in Abhängigkeit vom Verhältnis von Partikeldurchmesser (von Partikel in der Atmosphäre) zur Wellenlänge der einfallenden Strahlung. Wenn dieses Verhältnis weniger als etwa ein Zehntel ist, Rayleigh Streuung tritt ein. (In diesem Fall variiert der Streukoeffizient umgekehrt mit der vierten Leistung der Wellenlänge. Bei größeren Verhältnissen variiert die Streuung in einer komplexeren Weise, wie für kugelförmige Partikel von den beschrieben beschrieben Mie -Theorie.) Die Gesetze von Geometrische Optik Bewerben Sie sich bei höheren Verhältnissen.

Täglich an jedem globalen Ort, an dem er erlebt wird Sonnenaufgang oder SonnenuntergangDer größte Teil des Sonnenstrahls des sichtbaren Sonnenlichts kommt fast ein tangential auf die Erdoberfläche. Hier die Weg von Sonnenlicht durch die Atmosphäre ist verlängert so dass ein Großteil des blauen oder grünen Lichts von der Linie des wahrnehmbaren sichtbaren Lichts entfernt ist. Dieses Phänomen verlässt die Sonnenstrahlen und die Wolken, die sie beleuchten, in Farben reichlich orange zu rot, was man beim Betrachten eines Sonnenuntergangs oder Sonnenaufgangs sieht.

Für das Beispiel der Sonne bei ZenitAm helllichten Tag ist der Himmel aufgrund der Rayleigh -Streuung blau, was auch die betrifft Diatom Gase N
2 und O
2. In der Nähe von Sonnenuntergang und besonders während Dämmerung, Absorption durch Ozon (O
3) trägt erheblich zur Aufrechterhaltung bei blaue Farbe am Abendhimmel.

Unter einem bewölkten Himmel

Es gibt im Wesentlichen kein direktes Sonnenlicht unter einem bedeckt Himmel, also ist alles Licht diffuse Himmelsstrahlung. Der Lichtfluss ist nicht sehr wellenlängenabhängig, da die Wolkentröpfchen größer sind als die Wellenlänge des Lichts und Streuung alle Farben Ungefähr gleich. Das Licht verläuft durch die durchscheinend Wolken auf ähnliche Weise wie gefrorenes Glas. Die Intensitätsbereiche (ungefähr) von 1⁄6 von direktem Sonnenlicht für relativ dünne Wolken bis hin 1⁄1000 des direkten Sonnenlichts unter dem extrem dicksten Sturmwolken.

Als Teil der Gesamtstrahlung

Eine der Gleichungen für die gesamte Sonnenstrahlung ist:[7]

wo Hb ist die Strahlstrahlungstrahlung, Rb ist der Neigungsfaktor für Strahlstrahlung, Hd ist die diffuse Strahlungsbestrahlung, Rd ist der Neigungsfaktor für diffuse Strahlung und Rr ist der Neigungsfaktor für reflektierte Strahlung.

Rb wird gegeben durch:

wo δ ist der Solarenerklärung, Φ ist der Breitengrad, β ist ein Winkel von der horizontalen und h ist die Solar Stundenwinkel.

Rd wird gegeben durch:

und Rr durch:

wo ρ ist der Reflexionsvermögen der Oberfläche.

Landwirtschaft und Ausbruch von Mt. Pinatubo

Siehe auch: Photosynthese
Ein Space Shuttle (Mission STS-43) Foto der Erde über Südamerika Aufgenommen am 8. August 1991, das die doppelte Schicht von Pinatubo -Aerosol -Wolken (dunklen Streifen) über den unteren Wolkenoberflächen festhält.

Der Ausbruch der Philippinen Vulkan - Mount Pinatubo Im Juni 1991 wurde ungefähr 10 km ausgeworfen3 (2.4 cu mi) von Magma und "17.000.000) Tonnen"(17 Teragramme) von Schwefeldioxid ALSO2 in die Luft und zehnmal so viel insgesamt so einführen2 als die 1991 Kuwaiti Feuer,[8] Meistens während des Sprengstoffs Plinisch/ultraplinisch Veranstaltung vom 15. Juni 1991, Schaffung a Global Stratosphärische SO2 Dunstschicht was jahrelang bestand. Dies führte dazu, dass die globale Durchschnittstemperatur um etwa 0,5 ° C (0,9 ° F) sank.[9] Seit Vulkanasche fällt schnell aus der Atmosphäre,[10] Die negativen landwirtschaftlichen Auswirkungen des Ausbruchs waren weitgehend unmittelbar und lokalisiert in einem relativ kleinen Bereich in unmittelbarer Nähe des Ausbruchs, der durch die resultierende dicke Ascheabdeckung verursacht wurde.[11][12] Weltweit jedoch trotz eines Rückgangs von 5% um einen Gesamtwert von mehreren Monaten Sonneneinstrahlungund eine Verringerung des direkten Sonnenlichts um 30%,[13] Es gab keine negativen Auswirkungen auf die globale Landwirtschaft.[2][14] Überraschenderweise ein 3-4 Jahre[15] Erhöhung der globalen Landwirtschaftliche Produktivität und Forstwachstum wurde beobachtet, mit Ausnahme Borealwald Regionen.[16]

Unter mehr oder weniger direkter Sonnenlicht, dunkel, dunkel Schatten Diese Begrenzung der Photosynthese sind gießen Auf Underorey Laub. Innerhalb der Dickicht, sehr wenig direktes Sonnenlicht kann eintreten.

Die Entdeckungsmittel bestand darauf, dass zunächst ein mysteriöser Rückgang der Rate, mit der Kohlendioxid (Co2) wurde beobachtet, dass die Atmosphäre beobachtet wurde, was in dem sogenannten "The The" angezeigt wird "Keeling -Kurve".[17] Dies führte dazu, dass zahlreiche Wissenschaftler davon ausgehen, dass die Reduzierung auf die Absenkung der Erdtemperatur und damit eine Verlangsamung von Pflanzen und Boden zurückzuführen war Atmung, anzeigen a schädlich Auswirkungen auf die globale Landwirtschaft aus der Vulkan -Dunstschicht.[2][14] Bei der Untersuchung stimmte die Verringerung der Rate, mit der Kohlendioxid die Atmosphäre füllte, nicht mit der Hypothese überein, dass die Pflanzenatmungsraten zurückgegangen waren.[18][19] Stattdessen war die vorteilhafte Anomalie relativ fest[20] verbunden mit einer beispiellosen Zunahme des Wachstums/Netto -Primärproduktion,[21] der globalen Pflanzenlebensdauer, was zur Erhöhung der Erhöhung der Kohlenstoffsenke Auswirkung der globalen Photosynthese.[2][14] Der Mechanismus, durch den die Zunahme des Pflanzenwachstums möglich war, war, dass die Reduzierung des direkten Sonnenlichts um 30% auch als Erhöhung oder "Verbesserung" in Höhe der Menge ausgedrückt werden kann diffus Sonnenlicht.[2][18][22][14]

Der diffuse Oberlichtffekt

Gut beleuchtete Untersuchungsgebiete aufgrund bedeckt Wolken erzeugen diffus/weiches Sonnenlicht Bedingungen, die die Photosynthese auf Blättern unter dem Baldachin ermöglichen.

Dieses diffuse Oberlicht kann aufgrund seiner intrinsischen Natur unter-Überdachung Blätter, die eine effizientere Gesamtbefugnis ermöglichen Photosynthese als wäre sonst der Fall,[2][14] und auch zunehmende Verdunstungskühlung von vegetierten Oberflächen.[23] In starkem Kontrast, für völlig klare Himmel und das direkte Sonnenlicht, das daraus resultiert, werden Schatten gegossen Unterstand Blätter, die Pflanzenphotosynthese auf die obere Baldachinschicht einschränken.[2][14] Diese Erhöhung der globalen Landwirtschaft aus der vulkanischen Hazeschicht führt natürlich auch zu einem Produkt anderer Aerosole, die nicht von Vulkanen, wie "mäßig dicke Rauchbelastung", wie der gleiche Mechanismus, der "Aerosol -Direktstrahlungseffekt" zurückzuführen sind beide.[16][24][25]

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Starr, Cecie (2006). Biologie: Konzepte und Anwendungen. Thomson Brooks/Cole. p.94. ISBN 978-0-534-46226-0.
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  3. ^ Jung, Donald; Smith, William (1983). "Wirkung von Cloudcover auf die Photosynthese und Transspiration in der subalpinen Unterwehrarten Arnica latifolia". Ökologie. 64 (4): 681–687. doi:10.2307/1937189. JStor 1937189.
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