Albedo

O albedo de um objecto, é a medida em que reflecte difusamente a luz do sol. Por conseguinte, é uma forma mais específica do termo refletividade. Albedo é definida como a razão entre difusamente reflectida para incidente de radiação eletromagnética . É um medida sem unidades indicativo de uma superfície do corpo ou difusa refletividade. A palavra é derivada do latim albedo "brancura", por sua vez, a partir de albus "branco". A gama de valores possíveis é de 0 (escuro) a 1 (brilhante).

Percentagem de refletiu de forma difusa luz do sol em relação às várias condições da superfície da terra

O albedo é um conceito importante no climatologia e astronomia . Em climatologia é por vezes expressa como uma percentagem. O seu valor depende da freqüência de radiação considerados: sem ressalvas, ele geralmente se refere a alguma média apropriada em todo o espectro de luz visível . Em geral, o albedo depende do sentido direccional e distribuição da radiação que entra. As exceções são Superfícies Lambertian, que dispersam a radiação em todas as direções em uma função cosseno, assim que seu albedo não depende da distribuição de entrada. Em casos realistas, um bidirecional função de distribuição de reflectância (BRDF) é necessário para caracterizar as propriedades de dispersão de uma superfície com precisão, embora albedos são uma primeira aproximação muito útil.

Albedo terrestre

Albedos de materiais típicos na gama de luz visível até 90% para a neve fresca, a cerca de 4% de carvão vegetal, 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 áreas desérticas têm alguns dos mais altos entre albedos acidentes geográficos. A maioria das áreas de terra estão em uma faixa de albedo de 0,1-0,4. O albedo médio da Terra é de cerca de 30%. Isso é muito maior do que para o oceano principalmente por causa da contribuição de nuvens.

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

O exemplo clássico de efeito albedo é o feedback de neve temperatura. Se uma neve cobriu a área e aquece a neve derrete, a diminuição do albedo, mais luz solar é absorvida, e a temperatura tende a aumentar. O inverso é verdadeiro: se as formas de neve, um ciclo de resfriamento acontece. A intensidade do efeito de albedo depende do tamanho da mudança do albedo e a quantidade de insolação; por este motivo, pode ser potencialmente muito grande nos trópicos.

Albedo da superfície da Terra é regularmente estimada via Sensores de satélites de observação da Terra, como a NASA 's Instrumentos MODIS a bordo do Terra e Satélites Aqua. Como a quantidade total de radiação reflectida não pode ser medido directamente por satélite, uma modelo matemático do BRDF é usado para traduzir um conjunto de amostras de medidas de reflectância satélite em estimativas de refletância hemisférica direcional de reflectância e bi-hemisférica.

White-céu e preto-céu albedo

Demonstrou-se que, para muitas aplicações que envolvem o albedo terrestre, o albedo numa determinada ângulo zenital solar razoavelmente pode ser aproximado pela soma proporcional de dois termos: a refletância hemisférica direcional-no que ângulo zenital solar, , E a reflectância bi-hemisférica, a proporção em causa a ser definida como a proporção de iluminação difusa .

Albedo pode então ser dada como:

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

Albedo Astronomical

O albedo de planetas , satélites e 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 de astronomia 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 absoluto pode indicar o teor de gelo da superfície dos objetos exteriores do sistema solar, a variação de albedo com ângulo de fase dá informações sobre Propriedades regolito, enquanto invulgarmente elevado albedo radar é indicativo de alto teor metálico em asteróides .

Enceladus, uma lua de Saturno, tem uma das mais conhecidas albedos de qualquer corpo no sistema solar, com 99% da radiação EM refletida. Outro corpo alto albedo notável é Eris , com um albedo de 86%. Muitos objetos no sistema solar exterior e cinturão de asteróides têm baixos albedos para baixo para cerca de 5%. 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 em torno de 7%, mas é fortemente direcional e não-Lambertian, exibindo também um efeito forte oposição. Embora essas propriedades de reflectância são diferentes dos de qualquer terrenos terrestres, que são típicos da regolith superfícies de corpos do sistema solar sem ar.

Dois albedos comuns que são utilizados em astronomia são o albedo geométrico (medição do brilho quando a iluminação vem diretamente atrás do observador) eo Albedo Bond (medição proporção total de energia eletromagnética refletida). Os seus valores podem diferir significativamente, o que é uma fonte comum de confusão.

Em estudos detalhados, as propriedades direccionais de reflectância de corpos celestes são muitas vezes expressa em termos de cinco Hapke parâmetros que descrevem semi-empiricamente a variação de albedo com ângulo de fase, incluindo uma caracterização do efeito de oposição superfícies de regolito.

Correlação entre albedo astronômico, magnitude absoluta e diâmetro

,

onde albedo é astronômico, é o diâmetro em km.

Outros tipos de albedo

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

Alguns exemplos de efeitos albedo terrestres

Fairbanks, Alaska

De acordo com National Climatic Data Center de RDGH 2 de dados, que é composto de 30-year meios climáticas suavizada para milhares de estações meteorológicas em todo o mundo, a estação meteorológica da faculdade em Fairbanks, Alaska, é de cerca de 3 ° C (5.4 ° F) mais quente do que o aeroporto de Fairbanks, em parte por causa de padrões de drenagem de ar, mas também em grande parte por causa do albedo menor na faculdade resultante de uma maior concentração de abeto árvores e terra nevado, portanto, menos aberta para refletir o calor de volta para o espaço.

Os trópicos

Embora o efeito albedo da temperatura é o mais famoso em regiões mais frias da Terra, porque mais neve cai lá, é realmente muito mais forte em regiões tropicais porque nos trópicos não é consistentemente mais luz solar. Quando brasileiras pecuaristas reduzir escuros, tropical da floresta tropical árvores para substituí-los com o solo ainda mais escuro, a fim de cultivar, a temperatura média da superfície aumenta até 3 ° C (5.4 ° F) durante todo o ano, embora parte do efeito é devido à mudança de evaporação ( latente fluxo de calor).

Pequenos efeitos escala

Albedo trabalha em uma escala menor, também. As pessoas que usam roupas escuras no verão colocaram-se em maior risco de insolação do que aqueles que usam roupas mais leves de cores.

Albedo de vários terrenos

O albedo de um pinheiro floresta a 45 ° N no inverno em que as árvores cobrem a superfície da terra é completamente apenas cerca de 9%, entre o menor de qualquer ambiente de terra que ocorrem naturalmente. Isto é em parte devido à cor dos pinheiros, e em parte devido a dispersão múltipla da luz solar dentro das árvores, que reduz o nível de luz reflectida global. Devido à penetração da luz, albedo do oceano é ainda inferior a cerca de 3,5%, embora isto depende fortemente do ângulo da radiação incidente. Denso swampland médias entre 9% e 14%. Árvores de folha caduca em média, cerca de 13%. A campo gramado geralmente vem em cerca de 20%. Um campo estéril dependerá da cor do solo, e pode ser tão baixa como 5% ou tão elevada como 40%, com 15%, sendo a média de cerca de terra. Um deserto ou grande praia médias geralmente ao redor de 25%, mas varia de acordo com a cor da areia.

Áreas urbanas

As áreas urbanas em particular, têm valores muito natural para albedo por causa das muitas estruturas construídas pelo homem que absorvem a luz antes que a luz pode atingir a superfície. Na parte norte do mundo, as cidades são relativamente escuro, e Walker mostrou que seu albedo médio é de cerca de 7%, com apenas um ligeiro aumento durante o verão. Na maioria dos países tropicais, as cidades médias em torno de 12%. Este é semelhante aos valores encontrados em zonas de transição suburbanas do norte. Parte da razão para isso é o ambiente natural diferente de cidades em regiões tropicais, por exemplo, existem mais árvores muito escuros ao redor; outra razão é que partes dos trópicos são muito pobres, e edifícios da cidade deve ser construída com materiais diferentes. Regiões mais quentes também pode escolher mais leves materiais de construção coloridas para as estruturas permanecerá mais frio.

Árvores

Porque as árvores tendem a ter um baixo albedo, florestas remoção tenderia a aumentar albedo e, assim, poderia produzir arrefecimento clima localizada. Nuvem feedbacks complicar ainda mais a questão. Nas zonas sazonalmente coberto de neve, albedos inverno de áreas sem árvores são 10% a 50% maior do que as áreas florestadas nas proximidades porque a neve não cobre as árvores tão facilmente. Árvores de folha caduca têm um valor albedo de cerca de 0,15-0,18 enquanto árvores coníferas tem um valor de cerca de 0,09-0,15. A diferença entre decíduas e coníferas é porque as árvores coníferas são mais escuras em geral e têm sementes cone-forma. O padrão destas sementes armadilha de luz mais energia do que as árvores de folha caduca.

Estudos realizados pela Hadley Centre têm investigado a (geralmente aquecendo) efeito da mudança albedo e (refrigeração) efeito relativo dos o sequestro de carbono de plantação de florestas. Eles descobriram que as novas florestas em áreas tropicais e de latitudes médias tendem a arrefecer; novas florestas em altas latitudes (por exemplo, Sibéria) eram neutros ou talvez o aquecimento.

Neve

Albedos neve pode ser tão elevada como 90%; esta, porém, é para o exemplo ideal: deep neve fresca sobre uma paisagem traços característicos. Ao longo Antarctica eles média um pouco mais de 80%.

Se uma área ligeiramente coberto de neve aquece, neve tende a derreter, diminuindo o albedo, e, portanto, levando a mais degelo (gelo-albedo positivo feedback). Esta é a base para as previsões de uma maior aquecimento das regiões polares e sazonalmente coberto de neve, como resultado do aquecimento global.

Água

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

Refletividade da água lisa a 20 C (índice de refração = 1,333)

Na escala do comprimento de onda da luz até a água ondulado é sempre bom para que a luz é refletida em uma forma especular (não difusamente). O brilho de água leve off é um efeito comum deste. Em pequenos ângulos de luz incidente, os resultados waviness em uma reduzida reflectividade (de tão elevada como 100%) por causa da inclinação da curva de refletividade-vs-incidente angular e um ângulo de incidência média aumentou localmente.

Embora a reflectividade da água é muito baixa em ângulos de alta e média da luz incidente, que aumenta tremendamente a pequenos ângulos de luz incidente como as que ocorrem no lado iluminado da terra perto do terminator (início da manhã, tarde e perto dos pólos). No entanto, como mencionado acima, a ondulação provoca uma redução apreciável. Uma vez que a luz reflectida especularmente de água geralmente não alcançar o espectador, a água é geralmente considerada como tendo um albedo muito baixo, apesar da sua alta reflectividade em ângulos de luz incidente.

Note-se que as tampas brancas em ondas olhar branco (e têm alto albedo) porque a água está em espuma para cima (não lisa na escala do comprimento de onda da luz) para as equações de Fresnel não se aplicam. Frescos "negras" exposições de gelo Fresnel reflexão.

Nuvens

Nuvens são outra fonte de albedo que jogar na equação do aquecimento global. Diferentes tipos de nuvens têm diferentes valores de albedo, teoricamente, variando de um mínimo de perto de 0% e um máximo na década de 70 elevadas. "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 prender o calor."

Albedo e do clima em algumas áreas já são afectadas por nuvens artificiais, tais como as criadas pela rastros de tráfego pesado avião comercial. Um estudo após a queima dos campos de petróleo do Kuwait por Saddam Hussein mostrou que as temperaturas sob as chamas ardentes de petróleo foram tanto como 10 ^o C mais frio do que a temperatura várias milhas de distância sob um céu claro.

Efeitos dos aerossóis

Aerossóis (partículas muito finas / gotículas na atmosfera) tem dois efeitos, diretos e indiretos. O (albedo) efeito directo é, geralmente, para esfriar o planeta; o efeito indirecto (as partículas funcionam como NCN e, assim, a mudança Propriedades em nuvem) é menos certo.

Negro de carbono

Outro efeito albedo-relacionadas sobre o clima é a partir de partículas de carbono negro. O tamanho deste efeito é difícil de quantificar: a IPCC diz que sua "estimativa da média global forçamento radiativo para aerossóis BC de combustíveis fósseis é ... 0,2 W m ^-2 (de 0,1 W m ^-2 na SAR) com um intervalo 0,1-0,4 W m ^-2 ".