Albedo

L'albédo d'un objet est la mesure dans laquelle il reflète de façon diffuse la lumière du soleil. Ce est donc une forme plus spécifique de l'expression réflectivité. Albédo est défini comme le rapport de réfléchie de manière diffuse à l'incident rayonnement électromagnétique . C'est un mesure sans unité indicative de la diffuse de la surface ou du corps réflectivité. Le mot est dérivé du latin albédo «blancheur», à son tour, à partir albus "blanc". La plage de valeurs possibles est de 0 (noir) à 1 (lumineux).

Pourcentage de la lumière du soleil réfléchie de manière diffuse par rapport à diverses conditions de surface de la terre

L'albédo est un concept important dans climatologie et l'astronomie . Dans climatologie il est parfois exprimée en pourcentage. Sa valeur dépend de la fréquence de rayonnement considéré: sans réserve, il se réfère généralement à une certaine moyenne appropriée à travers le spectre de la lumière visible . En général, l'albédo dépend de la direction et de la distribution directionnelle de rayonnement entrant. Les exceptions sont Lambertiennes surfaces, qui dispersent rayonnement dans toutes les directions dans une fonction cosinus, de sorte que leur albédo ne dépend pas de la distribution entrant. Dans les cas réalistes, un fonction de distribution de réflectance bidirectionnelle (BRDF) est nécessaire pour caractériser les propriétés de diffusion d'une surface avec précision, bien que l'albédo sont en première approximation très utile.

Albédo terrestre

Albédo de matériaux typiques dans la gamme de la lumière visible jusqu'à 90% pour la neige fraîche, à environ 4% pour le charbon, l'une des substances les plus sombres. Profondément cavités ombragées peuvent obtenir un albédo efficace approcher le zéro d'un noir. Lorsque vu de loin, la surface de l'océan a un albédo faible, comme le font la plupart des forêts, alors que les zones désertiques ont certains des plus hauts albédo entre les reliefs. La plupart des zones terrestres sont dans une gamme de albédo de 0,1 à 0,4. L'albédo moyen de la Terre est d'environ 30%. Ce est beaucoup plus élevé que pour l'océan en raison principalement de la contribution des nuages.

Les activités humaines ont modifié l'albédo (via le défrichement des forêts et de l'agriculture, par exemple) de diverses régions à travers le monde. Cependant, la quantification de cet effet est difficile à l'échelle mondiale.

L'exemple classique de l'effet albédo est la rétroaction neige température. Si un enneigées réchauffe de la région et la fonte des neiges, les baisses de l'albédo, plus de lumière solaire est absorbée, et la température a tendance à augmenter. L'inverse est vrai: si des formes de neige, un cycle de refroidissement qui se passe. L'intensité de l'effet de l'albédo dépend de la taille du changement de l'albédo et la quantité de insolation; pour cette raison, il peut être potentiellement très important dans les tropiques.

Surface de l'albédo de la Terre est estimé régulièrement par capteurs de satellites d'observation de la Terre tels que la NASA s ' Instruments MODIS à bord du Terra et Satellites Aqua. Comme la quantité totale de rayonnement réfléchi ne peut pas être mesuré directement par satellite, d'un modèle mathématique de la BRDF est utilisé pour traduire un ensemble de mesures de réflectance par satellite de l'échantillon dans les estimations de réflectance directionnelle hémisphérique et la réflectance bi-hémisphérique.

Blanc-ciel et noir ciel albédo

Il a été montré que pour de nombreuses applications impliquant albédo terrestre, l'albédo à un particulier angle zénithal solaire peut raisonnablement être approchée par la somme proportionnelle de deux termes: la réflectance directionnelle hémisphérique à ce angle zénithal solaire, Et la réflectance bi-hémisphérique, la proportion concerné étant défini comme la proportion de l'éclairement diffus .

Albedo peut alors être donné comme:

Réflectance directionnelle hémisphérique est parfois appelée black-ciel albédo et bi-hémisphérique réflectance ciel blanc albédo. Ces termes sont importants car ils permettent l'albédo pour être calculée pour des conditions d'illumination donnée de la connaissance des propriétés intrinsèques de la surface.

Albédo astronomique

L'albédo des planètes , satellites et astéroïdes peuvent être utilisées pour déduire beaucoup sur leurs propriétés. L'étude de l'albédo, leur dépendance à la longueur d'onde, l'angle d'éclairage ("l'angle de phase"), et la variation dans le temps comprend une majeure partie du champ de astronomique photométrie. Pour les petites et loin des objets qui ne peuvent être résolus par les télescopes, une grande partie de ce que nous savons vient de l'étude de leurs albédo. Par exemple, l'albédo absolue peut indiquer la teneur en glace de surface des objets du système solaire externe, la variation de l'albédo avec angle de phase donne des informations sur propriétés de régolite, tout particulièrement albédo élevé radar est indicatif de haute teneur métallique dans astéroïdes .

Enceladus, une lune de Saturne, possède l'un des plus connus albédo de tout organisme dans le système solaire, avec 99% de rayonnement EM réfléchie. Un autre organe de haut albédo notable est Eris , avec un albédo de 86%. De nombreux objets dans le système solaire externe et ceinture d'astéroïdes ont un faible albédo à environ 5%. Une telle surface sombre est considérée comme indicative d'une primitive et fortement espace surface altérée contenant des composés organiques .

L'albédo global de la Lune est d'environ 7%, mais il est fortement directionnel et non lambertienne, affichant également un effet de forte opposition. Bien que de telles propriétés de réflectance sont différentes de celles de tous les terrains terrestres, ils sont typiques de la surfaces de régolithe de corps du système solaire airless.

Deux albédo communs qui sont utilisés en astronomie sont les albédo géométrique (mesurer la luminosité lorsque la luminosité vient directement derrière l'observateur) et le Bond albédo (mesure proportion totale de l'énergie électromagnétique réfléchi). Leurs valeurs peuvent différer de manière significative, ce qui est une source commune de confusion.

Dans les études détaillées, les propriétés de réflectance directionnelles de corps célestes sont souvent exprimés en termes de cinq Hapke paramètres qui décrivent semi-empirique de la variation de l'albédo avec angle de phase, comprenant une caractérisation de la effet de l'opposition surfaces de régolite.

Corrélation entre albédo astronomique, magnitude absolue et le diamètre

,

où albédo est astronomique, est le diamètre en km.

Autres types d'albédo

Diffusion simple albédo - est utilisé pour définir la diffusion des ondes électromagnétiques sur de petites particules. Cela dépend des propriétés du matériau ( indice de réfraction), la taille de la particule (s), et la longueur d'onde du rayonnement incident.

Quelques exemples d'effets d'albédo terrestre

Fairbanks, en Alaska

Selon le National Climatic Data Centre de Données GHCN 2, qui est composé de 30 années moyennes climatiques lissées pour des milliers de stations météorologiques à travers le monde, la station météorologique de collège à Fairbanks, en Alaska, est d'environ 3 ° C (5,4 ° F) plus chaude que l'aéroport de Fairbanks, en partie en raison des modes de drainage de l'air, mais aussi en grande partie en raison de l'albédo plus faible au collège résultant d'une concentration plus élevée de épinette arbres et donc moins ouverte sol enneigé pour réfléchir la chaleur vers l'espace.

Les tropiques

Bien que l'effet albédo température est le plus célèbre dans les régions froides de la terre, parce que plus la neige y tombe, il est en réalité beaucoup plus forte dans les régions tropicales parce que dans les tropiques il ya toujours plus de lumière solaire. Lorsque brésiliens éleveurs abattent sombres, tropical forêt tropicale arbres pour les remplacer par du sol encore plus sombre pour faire pousser des cultures, la température moyenne de la zone augmente jusqu'à 3 ° C (5,4 ° F) toute l'année, même si une partie de l'effet est par un changement de l'évaporation ( flux de chaleur latente).

Effets à petite échelle

Albedo travaille sur une plus petite échelle, aussi. Les gens qui portent des vêtements sombres en été se mettent à un plus grand risque de un coup de chaleur que ceux qui portent des vêtements de couleur plus claire.

Albedo de divers terrains

L'albédo d'un pin forêt à 45 ° N en hiver où les arbres couvrent la surface de la terre est complètement seulement environ 9%, parmi les plus bas de tout environnement de la terre naturelle. Ce est en partie en raison de la couleur des pins, et en partie due à la diffusion multiple de la lumière du soleil dans les arbres qui abaisse le niveau d'ensemble reflète la lumière. En raison de pénétration de la lumière, l'albédo de l'océan est encore plus faible à environ 3,5%, mais cela dépend fortement de l'angle du rayonnement incident. Dense moyennes marécageuses entre 9% et 14%. Arbres à feuilles caduques en moyenne environ 13%. Un terrain herbeux intervient généralement à environ 20%. Un champ stérile dépendra de la couleur du sol, et peut être aussi bas que 5% ou aussi élevée que 40%, avec 15% de la moyenne pour les terres agricoles. Un désert ou grande plage habituellement en moyenne autour de 25%, mais varie en fonction de la couleur du sable.

Zones urbaines

Les zones urbaines en particulier, ont des valeurs très anormales pour albédo en raison des nombreuses structures construites par l'homme qui absorbent la lumière avant que la lumière peut atteindre la surface. Dans la partie nord du monde, les villes sont relativement sombre, et Walker a montré que leur albédo moyen est d'environ 7%, avec seulement une légère augmentation au cours de l'été. Dans la plupart des pays tropicaux, les villes en moyenne autour de 12%. Ceci est similaire aux valeurs trouvées dans les zones transitoires banlieue nord. Une partie de la raison pour laquelle ce est le différent environnement naturel des villes dans les régions tropicales, par exemple, il ya des arbres plus très sombres autour; Une autre raison est que les parties des tropiques sont très pauvres, et les bâtiments de la ville doivent être construits avec des matériaux différents. Régions plus chaudes peuvent également choisir des matériaux plus légers de construction couleur pour les structures resteront refroidisseur.

Arbres

Parce que les arbres ont tendance à avoir un faible albédo, forêts suppression aurait tendance à augmenter l'albédo et donc pourraient produire un refroidissement climatique localisée. Couverture Bons_plans compliquer davantage la situation. En zones saisonnièrement enneigées, albédo d'hiver de zones sans arbres sont de 10% à 50% plus élevé que dans les zones boisées à proximité parce que la neige ne couvre pas les arbres aussi facilement. Arbres à feuilles caduques ont une valeur d'albédo d'environ 0,15 à 0,18 tandis que conifères ont une valeur d'environ 0,09 à 0,15. La différence entre feuillus et de conifères est parce que les conifères sont plus sombres en général et avoir des graines en forme de cône. Le motif de ces énergie lumineuse semences piège plus que des arbres à feuilles caduques.

Des études menées par le Centre Hadley ont étudié la (généralement réchauffement) Effet du changement de l'albédo et (de refroidissement) effet relatif des la séquestration du carbone des forêts de plantation. Ils ont constaté que de nouvelles forêts dans les zones tropicales et les latitudes moyennes ont tendance à refroidir; nouvelles forêts dans les hautes latitudes (par exemple, Sibérie) étaient neutres ou peut-être le réchauffement.

Neige

albédo de la neige peuvent être aussi élevée que 90%; Ceci, cependant, est l'exemple idéal: nouvelle neige profonde sur un paysage sans relief. Au cours de l'Antarctique ils sont en moyenne un peu plus de 80%.

Si une zone légèrement couvert de neige se réchauffe, la neige a tendance à fondre, réduire l'albédo, et donc conduisant à plus de la fonte des neiges (l'albédo de la glace positif rétroaction). Ce est la base pour les prévisions de réchauffement accru dans les régions polaires et saisonnière couvert de neige en raison du réchauffement climatique.

Eau

Eau réfléchit la lumière de façon très différente à partir de matériaux terrestres typiques. La réflectivité de la surface de l'eau est calculé en utilisant la équations de Fresnel (voir graphique).

Réflectivité de l'eau douce à 20 ° C (indice de réfraction = 1,333)

A l'échelle de la longueur d'onde de la lumière même de l'eau ondulée est toujours lisse pour la lumière est réfléchie dans un de manière spéculaire (non diffuse). Le reflet de l'eau légère est hors un effet monnaie courante de cette. Aux petits angles de lumière incidente, des résultats d'ondulation de réflectivité réduite (de jusqu'à 100%) en raison de la pente de la courbe réflectivité-contre-angle incident et un angle d'incidence moyen a augmenté localement.

Bien que la réflectivité de l'eau est très faible à angle élevé et moyen de la lumière incidente, il augmente considérablement aux petits angles de lumière incidente comme on en trouve sur le côté lumineux de la terre près de la terminateur (tôt le matin, après-midi et près des pôles). Cependant, comme mentionné ci-dessus, l'ondulation provoque une réduction appréciable. Depuis la lumière réfléchie spéculaire de l'eau ne atteint généralement pas le spectateur, l'eau est généralement considéré comme ayant un très faible albédo en dépit de sa forte réflectivité à faibles angles de lumière incidente.

Notez que casquettes blanches sur les ondes regarder blanc (et ont un albédo élevé) parce que l'eau est mousser (pas lisse à l'échelle de la longueur d'onde de la lumière) de sorte que les équations de Fresnel ne se appliquent pas. Frais expositions de glace «noires» Fresnel de réflexion.

Nuages

Les nuages sont une autre source de l'albédo qui jouent dans l'équation de réchauffement de la planète. Différents types de nuages ont des valeurs de l'albédo, théoriquement allant d'un minimum de près de 0% à un maximum dans les années 70 élevées. "En un jour donné, environ la moitié de la Terre est recouverte par des nuages, qui reflètent plus de lumière solaire que la terre et l'eau. Nuages garder Cool Earth en réfléchissant la lumière du soleil, mais ils peuvent également servir de couvertures à piéger la chaleur."

Albedo et le climat dans certaines régions sont déjà affectés par les nuages artificiels, tels que ceux créés par le traînées de trafic avion de ligne commercial lourd. Une étude de suivi de la combustion des champs de pétrole koweïtiens par Saddam Hussein a montré que les températures sous les feux de pétrole en feu étaient jusqu'à 10 ^o C températures plus froides que plusieurs miles de distance sous un ciel clair.

Effets des aérosols

Aérosols (particules très fines gouttelettes / dans l'atmosphère) a deux effets, directs et indirects. L'effet direct (albédo) est généralement pour refroidir la planète; l'effet indirect (les particules agissent comme NCF et ainsi le changement propriétés nuage) est moins certain.

Le noir de carbone

Un autre effet lié à l'albédo sur le climat est à partir de particules de noir de carbone. L'ampleur de cet effet est difficile à quantifier: le GIEC dire que leur «estimation du forçage radiatif global pour la Colombie-Britannique aérosols provenant des combustibles fossiles moyenne est ... 0,2 W m ^-2 (de 0,1 W m ^-2 dans le SAR) avec une gamme 0,1 à 0,4 W m ^-2 ".