Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Красное небо» перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см Красное небо (значения) .

В атмосфере Земли преобладающая эффективность рассеяния синего света сравнивается с красным или зеленым светом. Рассеяние и поглощение являются основными причинами ослабления солнечного излучения атмосферой. При широком дневном свете , небо голубыми из - за релеевское рассеяние , а вокруг восход или заход солнца, и особенно в сумерках , поглощение облучения с помощью озона помогает поддерживать синий цвет в вечернем небе. На восходе или закате солнечные лучи, падающие по касательной, освещают облака от оранжевого до красного оттенка.
В видимом спектре от примерно 380 до примерно 740 нанометров (нм) [1] показаны полосы поглощения воды в атмосфере и линии фраунгофера на Солнце . Спектр голубого неба представлен в диапазоне 450–485 нм, это длины волн синего цвета.

Рассеянное излучение неба - это солнечное излучение, достигающее поверхности Земли после того, как оно было рассеяно прямым солнечным лучом молекулами или частицами в атмосфере . Также называемое излучением неба , рассеянным светом в крыше или просто светом в крыше , это определяющий процесс для изменения цвета неба . Примерно 23% прямого падающего излучения от общего солнечного света удаляется из прямого солнечного луча путем рассеяния в атмосфере; из этого количества (падающего излучения) около двух третей в конечном итоге достигает Земли в видефотонное рассеянное световое излучение. [ необходима цитата ]

Преобладающими процессами радиационного рассеяния в атмосфере являются рэлеевское рассеяние и рассеяние Ми ; они эластичны , что означает, что фотон света может отклоняться от своего пути без поглощения и без изменения длины волны.

Под пасмурным небом нет прямого солнечного света, и весь свет является результатом рассеянного светового излучения.

Исходя из анализа последствий извержения вулкана Пинатубо на Филиппинах (в июне 1991 г.) и других исследований: [2] [3] Рассеянный световой люк, благодаря своей внутренней структуре и поведению, может освещать листья под навесом, позволяя больше эффективный полный фотосинтез всего растения, чем в противном случае; это резко контрастирует с эффектом абсолютно чистого неба с прямыми солнечными лучами, которые отбрасывают тени на листья подлеска и тем самым ограничивают фотосинтез растений верхним слоем растительного покрова (см. ниже) .

Цвет [ править ]

Ясное голубое небо

В атмосфере Земли рассеивает кратко- длины волны света более эффективно , чем у более длинных волн. Поскольку его длина волны короче, синий свет рассеивается сильнее, чем более длинноволновый свет, красный или зеленый. Отсюда результат: когда человек смотрит на небо вдали от прямого падающего солнечного света , человеческий глаз воспринимает небо как голубое. [4] Воспринимаемый цвет подобен цвету, представленному монохроматическим синим (с длиной волны 474–476 нм ), смешанным с белым светом, то есть ненасыщенным синим светом. [5] Объяснение синего цвета Рэлеем в 1871 году является известным примером применения анализа размеров.решению задач по физике; [6] (см. Верхний рисунок).

Рассеяние и поглощение являются основными причинами ослабления солнечного излучения атмосферой. Рассеяние меняется в зависимости от отношения диаметров частиц (твердых частиц в атмосфере) к длине волны падающего излучения. Когда это отношение меньше одной десятой, происходит рэлеевское рассеяние . (В этом случае коэффициент рассеяния изменяется обратно пропорционально четвертой степени длины волны. При больших отношениях рассеяние изменяется более сложным образом, как это описано для сферических частиц теорией Ми .) Законы геометрической оптики начинают применяться при более высоких значениях отношения. соотношения.

Ежедневно в любом месте по всему миру, где наблюдается восход или закат солнца , большая часть солнечного луча видимого солнечного света достигает поверхности Земли почти по касательной. Здесь траектория солнечного света через атмосферу удлиняется, так что большая часть синего или зеленого света рассеивается вдали от линии видимого света. Это явление оставляет солнечные лучи и облака, которые они освещают, обильно от оранжевого до красного цвета, которые можно увидеть, глядя на закат или восход солнца.

Например, Солнце в зените средь бела дня небо становится голубым из-за рэлеевского рассеяния, в котором также участвуют двухатомные газы N2и O2. Вблизи заката и особенно в сумерках поглощение озоном ( O
3) существенно способствует сохранению синего цвета на вечернем небе.

Под пасмурным небом [ править ]

Под пасмурным небом практически нет прямого солнечного света, поэтому весь свет является рассеянным небесным излучением. Световой поток не сильно зависит от длины волны, поскольку облачные капли больше длины волны света и рассеивают все цвета примерно одинаково. Свет проходит через полупрозрачные облака подобно матовому стеклу. Диапазоны интенсивности (примерно) от 1 / 6 от прямого солнечного света для относительно тонких облаков вплоть до 1 / 1000 от прямого солнечного света под крайностью толстых грозовых облаков. [ необходима цитата ]

В составе общей радиации [ править ]

Одно из уравнений для полной солнечной радиации: [7]

где H b - мощность излучения пучка, R b - коэффициент наклона для излучения пучка, H d - освещенность диффузным излучением, R d - коэффициент наклона для диффузного излучения, а R r - коэффициент наклона для отраженного излучения.

R b определяется как:

где δ - склонение Солнца , Φ - широта, β - угол от горизонтали, а h - часовой угол Солнца .

R d определяется как:

и R r на:

где ρ - коэффициент отражения поверхности.

Сельское хозяйство и извержение Mt. Пинатубо [ править ]

Также: фотосинтез
Фотография Земли над Южной Америкой, сделанная космическим челноком (Миссия STS-43 ) 8 августа 1991 года, на которой запечатлен двойной слой аэрозольных облаков Пинатубо (темные полосы) над нижними верхними слоями облаков.

Извержение Филиппин вулкана - Пинатубо в июне 1991 года выбрасывается примерно 10 км 3 (2,4 куб миль) магмы и «17,000,000 метрических тонн » (17 teragrams ) из диоксида серы SO 2 в воздух, вводя в десять раз больше общего SO 2, когда произошли пожары в Кувейте в 1991 г. [8], в основном во время взрывного плинианского / ультраплинианского события 15 июня 1991 г., создавшего глобальный слой стратосферной дымки SO 2, который сохранялся в течение многих лет. Это привело к снижению средней глобальной температуры примерно на 0,5 ° C (0,9 ° F). [9]Поскольку вулканический пепел быстро выпадает из атмосферы [10], негативные сельскохозяйственные последствия извержения были в основном немедленными и локализовались на относительно небольшой территории в непосредственной близости от извержения, поскольку они были вызваны образовавшимся толстым пепловым покровом. [11] [12] Однако в глобальном масштабе, несмотря на 5% -ное снижение общего солнечного излучения за несколько месяцев и сокращение прямого солнечного света на 30% [13], не было никакого негативного воздействия на мировое сельское хозяйство. [2] [14] Удивительно, но наблюдалось увеличение мировой продуктивности сельского хозяйства и лесного хозяйства на 3-4 года [15] , за исключениембореальные лесные районы. [16]

Под более или менее прямым солнечным светом темные тени , ограничивающие фотосинтез, падают на листья подлеска . В заросли может попасть очень мало прямых солнечных лучей.

Это было обнаружено с помощью того, что первоначально в то время наблюдалось загадочное падение скорости, с которой углекислый газ (CO 2 ) заполнял атмосферу, что обозначено так называемой « кривой Килинга ». [17] Это заставило многих ученых предположить, что это снижение произошло из-за снижения температуры Земли, а вместе с тем и замедления дыхания растений и почвы , что указывает на пагубное воздействие слоя вулканической дымки на мировое сельское хозяйство. [2] [14]Однако при фактическом исследовании снижение скорости заполнения атмосферы углекислым газом не соответствовало гипотезе о том, что скорость дыхания растений снизилась. [18] [19] Вместо этого выгодно аномалия была относительно плотно [20] связана с беспрецедентным увеличением роста / чистой первичной продукции , [21] глобальной жизни растений, что приводит к увеличению поглощения углерода эффекта глобального фотосинтеза. [2] [14] Механизм, с помощью которого стало возможным увеличение роста растений, заключался в том, что 30% -ное сокращение прямого солнечного света также может быть выражено как увеличение или «увеличение» количества рассеянныхСолнечный свет. [2] [18] [22] [14]

Эффект рассеянного света в крыше [ править ]

Хорошо освещенные подлесные участки из-за облачности, создающей условия рассеянного / мягкого солнечного света , что способствует фотосинтезу на листьях под кроной.

Этот рассеянный световой люк, благодаря своей внутренней природе, может освещать листья под пологом, обеспечивая более эффективный общий фотосинтез всего растения, чем в противном случае. [2] [14] В отличие от совершенно чистого неба и прямого солнечного света, который возникает из-за него, отбрасывая тени на листья подлеска , фотосинтез растений строго ограничивается верхним слоем растительного покрова. [2] [14]Этот рост глобального сельского хозяйства из-за слоя вулканической дымки также естественным образом является продуктом других аэрозолей, которые не испускаются вулканами, таких как антропогенное загрязнение "умеренно густой дымовой нагрузкой", как тот же механизм, "прямой радиационный эффект аэрозоля "позади обоих. [16] [23] [24]

См. Также [ править ]

  • Атмосферная дифракция
  • Воздушная перспектива
  • Цианометр
  • Дневной свет
  • Ночное свечение
  • Рэлеевское рассеяние
  • Модель неба Рэлея
  • Продолжительность солнечного света
  • Эффект Тиндаля

Ссылки [ править ]

  1. ^ Старр, Сеси (2005). Биология: концепции и приложения . Томсон Брукс / Коул. п. 94 . ISBN 978-0-534-46226-0.
  2. ^ a b c d e f g "Крупные извержения вулканов помогают растениям поглощать больше двуокиси углерода из атмосферы: Новости" . 16 марта 2010 года в архив с оригинала на 16 марта 2010 года . Проверено 4 апреля 2018 года .
  3. ^ Янг, Дональд; Смит, Уильям (1983). «Влияние облачного покрова на фотосинтез и транспирацию у субальпийских подлесных видов Arnica Latifolia». Экология . 64 (4): 681–687. DOI : 10.2307 / 1937189 . JSTOR 1937 189 . 
  4. ^ " Рэлеевское рассеяние ". Encyclopdia Britannica . 2007. Британская энциклопедия онлайн. получено 16 ноября 2007 года.
  5. ↑ Гленн С. Смит (июль 2005 г.). «Цветовое зрение человека и ненасыщенный синий цвет дневного неба» (PDF) . Американский журнал физики . 73 (7): 590–597. Bibcode : 2005AmJPh..73..590S . DOI : 10.1119 / 1.1858479 .
  6. ^ «Крейг Ф. Борен,« Оптика атмосферы », Wiley-VCH Verlag GmbH, стр. 56» (PDF) . wiley-vch.de . Проверено 4 апреля 2018 года .
  7. ^ Mukherjee, D .; Чакрабарти, С. (2004). Основы систем возобновляемой энергетики . New Age International. п. 22. ISBN 978-81-224-1540-7.
  8. ^ Джон К. Маккейн; Мухаммад Садик; М. Садик (1993). Последствия войны в Персидском заливе: экологическая трагедия . Springer. п. 60. ISBN 978-0-792-32278-8.
  9. ^ «Облако горы Пинатубо затеняет глобальный климат» . Новости науки . Проверено 7 марта 2010 года .
  10. ^ Программа, Опасности вулканов. «Гавайская обсерватория вулканов» . hvo.wr.usgs.gov . Проверено 4 апреля 2018 года .
  11. ^ "Меркадо" . pubs.usgs.gov . Проверено 4 апреля 2018 года .
  12. ^ "Mt. pinatubo (LK): Биосфера - ESS" . sites.google.com . Проверено 4 апреля 2018 года .
  13. ^ «Охлаждение после крупных извержений вулканов с поправкой на влияние диффузной радиации на годичные кольца. Алан Робок, 2005. См. Рисунок 1 для графического изображения зарегистрированного изменения солнечной радиации» (PDF) . rutgers.edu . Проверено 4 апреля 2018 года .
  14. ^ a b c d e f БОЛЬШИЕ ВУЛКАНИЧЕСКИЕ ИЗВЕРЖЕНИЯ ПОМОГАЮТ РАСТЕНИЯМ ПОГЛОЩАТЬ БОЛЬШЕ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ АТМОСФЕРЫ
  15. Перейти ↑ Self, S. (15 августа 2006 г.). «Эффекты и последствия очень крупных взрывных извержений вулканов». Философские труды Лондонского королевского общества A: математические, физические и инженерные науки . 364 (1845): 2073–2097. Bibcode : 2006RSPTA.364.2073S . DOI : 10,1098 / rsta.2006.1814 . PMID 16844649 . S2CID 28228518 .  
  16. ^ a b Оценка прямого радиационного воздействия аэрозолей на глобальную динамику углерода наземных экосистем с 2003 по 2010 гг. Чен и др., Tellus B 2014; 66, 21808, Опубликовано Международным метеорологическим институтом в Стокгольме.
  17. ^ «Охлаждение после крупных извержений вулканов с поправкой на влияние диффузной радиации на годичные кольца. Алан Робок, 2005. См. Рисунок 2 для записи этого» (PDF) . rutgers.edu . Проверено 4 апреля 2018 года .
  18. ^ а б Л., Гу; Д., Балдокки (1 декабря 2001 г.). «Роль извержений вулканов, аэрозолей и облаков в глобальном углеродном цикле». Тезисы осеннего собрания AGU . 2001 : B51A – 0194. Bibcode : 2001AGUFM.B51A0194G .
  19. ^ "Реакция лиственного леса на извержение горы Пинатубо: усиленный фотосинтез. Гу и др., 28 марта 2003 г., Журнал науки, том 299" (PDF) . utoledo.edu . Архивировано из оригинального (PDF) 4 марта 2016 года . Проверено 4 апреля 2018 года .
  20. ^ «Наука СО2» . www.co2science.org . Проверено 4 апреля 2018 года .
  21. ^ http://earthobservatory.nasa.gov/Features/GlobalGarden/ Глобальный сад становится зеленее. НАСА 2003
  22. ^ «Охлаждение после крупных извержений вулканов с поправкой на влияние диффузной радиации на годичные кольца. Алан Робок, 2005. Рисунок 1» (PDF) . rutgers.edu . Проверено 4 апреля 2018 года .
  23. ^ Влияние рассеяния и поглощения света атмосферными аэрозолями на чистую первичную продуктивность суши, Cohan et al. ГЛОБАЛЬНЫЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ 2002 ТОМ. 16, NO. 4, 1090, DOI : 10,1029 / 2001GB001441
  24. ^ Прямые наблюдения за воздействием аэрозольной нагрузки на чистый обмен СО2 в экосистеме над различными ландшафтами. Niyogi et al. Письма о геофизических исследованиях Том 31, выпуск 20, октябрь 2004 г. doi : 10.1029 / 2004GL020915

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Пешич, Питер (2005). Небо в бутылке . MIT Press. ISBN 978-0-262-16234-0.

Внешние ссылки [ править ]

  • Лекция доктора К.В. Рамана: Почему небо голубое?
  • Почему небо синее?
  • Голубое небо и рэлеевское рассеяние
  • Оптика атмосферы (.pdf), д-р Крейг Борен