Capitolo 4. L Insolazione e la Temperatura.

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Lelio Palla
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1 Capitolo 4. L Insolazione e la Temperatura.

2 L energia di cui dispone la popolazione umana deriva direttamente o indirettamente dal Sole. Il Sole emette costantemente una radiazione di tipo elettromagnetico (campo elettrico associato a campo magnetico) distribuita su una vasta banda dello spettro, dall ultravioletto (onde corte) all infrarosso (onde lunghe)

3 La radiazione solare si distribuisce su una larga banda dello spettro elettromagnetico, ma dato che la parte esterna del sole ha una temperatura di circa 6000 K, il 99% della radiazione avviene fra 0,17 e 4 micron con intensità massima nella parte centrale del visibile (0,4-0,7) Relazione inversa fra temperatura e lunghezza d onda La Terra riceve energia dal Sole, la assorbe e la converte in calore ed emette anch essa energia

4 Costante solare: quantità di energia in arrivo al limite superiore dell atmosfera: 2 calorie/cm 2 /minuto = 2 langley/minuto = 1,4 kw/m 2 = 720 calorie al giorno IRRAGGIAMENTO (l energia è trasmessa sotto forma di onde elettromagnetiche anche in assenza di materia) CONDUZIONE (molecole a più elevata energia cinetica urtando molecole ad energia cinetica minore, cedono parte della loro energia) CONVEZIONE (fluidi con caratteristiche termiche diverse si muovono l uno rispetto all altro per gravità, tendendo all equilibrio termico) DIFFUSIONE (l energia viene reirradiata in tutte le direzioni con la stessa lunghezza d onda della radiazione incidente) Qualsiasi corpo, purché a temperatura diversa dallo zero assoluto, emette radiazioni elettromagnetiche. L energia emessa è proporzionale alla quarta potenza della temperatura assoluta del corpo (legge di Stefan-Boltzmann) E = T 4 L intensità massima di emissione si ha in corrispondenza di una particolare lunghezza d onda (legge di Wien) λmax = m/t Più caldo è un oggetto, più corta è la lunghezza d onda a cui emetterà radiazione RIFLESSIONE (l energia non viene assorbita ma rinviata con un angolo uguale all angolo di incidenza)

5 Una parte della radiazione solare viene assorbita dall atmosfera, una parte è dispersa e diffusa nell atmosfera, una parte è intercettata e riflessa dalle nubi Nel complesso la superficie della Terra riceve il 51% della radiazione emessa dal Sole (insolazione) e in arrivo al limite superiore dell atmosfera Un parte viene riflessa dalla superficie terrestre (albedo) Percentuale effettivamente ricevuta dal pianeta: 49% SENZA EFFETTO SERRA LA TEMPERATURA MEDIA SAREBBE -18 INVECE DI +14

6 L atmosfera lascia passare senza perdite sensibili le radiazioni luminose solari (onda corta), ma intercetta le radiazioni termiche terrestri (onda lunga). Ciò è dovuto principalmente alla presenza del vapor d acqua e della CO2 (effetto serra, già noto dalla fine del XIX secolo). Tema attuale: intensificazione dell effetto serra per cause antropiche

7 BILANCIO ENERGETICO Radiazione solare in arrivo: (100%, 342 W/mq) Il 22% (77 W/mq) della radiazione solare in arrivo viene riflesso direttamente dalle nubi; il 9% (30 W/mq) viene riflesso dalla superficie. La somma (31%, 107 W/mq) costituisce l albedo del sistema Terra-atmosfera. Il restante 69% viene assorbito dall atmosfera (20%, 67 W/mq) e dalla superficie terrestre (49%, 168 W/mq) e viene utilizzato per elevarne la sua temperatura. La Terra, come qualunque corpo caldo, riemette come radiazioni infrarosse una quantità di energia pari a queste ultime due frazioni ( = 235 W/mq). Se non intervenissero altri fenomeni la temperatura media della Terra sarebbe -18 C. In realtà vengono emessi 492 W/mq ( ) rispetto a 168; la differenza (324) è la controradiazione determinata dai gas serra (CO2, CH4, H20, etc.) che sono opachi rispetto alla radiazione nella banda dell infrarosso emessa dalla Terra (effetto serra)

8 Influenza dei fattori geografici nella distribuzione della radiazione solare Angolo di incidenza Differenza termica solido-liquido Esposizione dei versanti Copertura vegetale

9 Mobilità dell acqua CALORE SPECIFICO: quantità di energia necessaria per alzare di 1 C la temperatura di un grammo di una sostanza Calore specifico dell acqua 2,5 volte superiore a quello della roccia Penetrazione maggiore nell acqua

11 La AWS Gigante-OSRAM a Punta Helbronner CNR1 net radiometer Thermo- hygrometer Sonic ranger to measure snow depth 40 W solar panel and a lead battery 12Ah Data logger E-log + modem GSM+ barometer

13 Albedo della superficie del ghiacciaio durante l estate y = x R 2 = SW out (w/m 2 ) SW in (w/m 2 )

14 emperature medie l livello del mare n gennaio Equatore termico: isoterma che unisce tutti i punti che hanno la temperatura più elevata Temperature medie al livello del mare in luglio Rappresentazione mediante isoterme

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