Le nubi (Fig.3.6) Le nuvole assorbono e riflettono radiazione solare Fig.3.6 L esempio mostra una nuvola che riflette circa il 68% e lascia passare

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1 Le nubi (Fig.3.6) Le nuvole assorbono e riflettono radiazione solare Fig.3.6 L esempio mostra una nuvola che riflette circa il 68% e lascia passare il 25%, per cui assorbe il 7%, con un assorbimento stimato di circa 52W/m 2 (la figura riporta lo studio in modo approssimativo, in particolare la radiazione solare S nello studio è circa 775W/m 2, S circa 525W/m 2 alla sommità della nube, S nello studio è circa 225W/m 2, S circa 25W/m 2 (piccola frazione viene riflessa e circa 200W/m 2 assorbiti dal suolo ). Quindi della differenza fra S e, S alla sommità della nube (pari a circa 250W/m 2 ) 200W/m 2 sono assorbiti dal suolo e 50W/m 2 dalla nube) Se la radiazione solare assorbita non fosse bilanciata da quella termica emessa dalla nube, la nuvola si scalderebbe di 20-40K al giorno Le nubi (le goccioline d acqua nelle nubi) assorbono molto efficientemente la radiazione termica emessa: una nube spessa 200m con una concentrazione di acqua (allo stato liquido) di 0.1gm 3 assorbirebbe 90% della radiazione termica emessa dalla superficie uno strato di nubi impedisce quasi completamente alla radiazione termica della superficie di raggiungere lo spazio esterno. Le nubi basse con alta concentrazione di gocce d acqua assorbono molta (90%) più radiazione planetaria che nubi alte (35%) composte in gran parte di cristalli di ghiaccio

2 Fig.3.7 struttura verticale dell atmosfera Termosphera km ---mesopausa Mesosfera 0.1% della massa totale minimo di Temperatura alla sommità 190K km --- stratopausa Stratosfera 2K/km 19.9% della massa stabile, no mescolamento verticale, lunghi tempi di permanenza di aerosol e inquinanti km --- tropopausa Troposfera -6.5K/km 80% della massa intenso mescolamento verticale, fenomeni meteorologici

3 Equilibrio radiativo dell atmosfera Il bilancio radiativo di un strato di atmosfera è illustrato dalla figura 3.8: c p m dt = E + L dt u + L d + εt 4, dove E : frazione di radiazione solare assorbita L u, L d : frazione di radiazione termica assorbita proveniente dagli strati sovrastanti e sottostanti εt 4 radiazione termica emessa dallo strato All equilibrio dt = 0. dt La frazione di radiazione solare e termica assorbite dipendono da concentrazione, coefficiente di assorbimento di ogni gas che compone l atmosfera e dalla lunghezza del percorso seguito dalla radiazione SE si conosce la distribuzione e le proprietà radiative di ogni componente si può calcolare la corrispondente variazione con la quota della temperatura: equilibrio radiativo (fig.3.9) Ossigeno e azoto assorbono poco e hanno un ruolo marginale. La figura 3.9 ignora l effetto di nubi e aerosols Il vapore acque concentrato nella bassa troposfera ne determina l alta temperatura L anidride carbonica non è concentrata in prossimità della superficie e quindi ha un effetto più uniforme con la quota contribuendo maggiormente in stratosfera La stratosfera sarebbe più calda se l atmosfera non contenesse vapore acqueo (perché il vapore acqueo nella troposfera impedisce alla radiazione emessa dalla superficie di raggiungerla) L aumento di temperatura con la quota in stratosfera è determinato dall ozono Attenzione: equilibrio radiativo non significa stabilità statica riaggiustamento convettivo

4 Fig.3.10: bilancio energetico planetario in unità percentuali Il 31% della radiazione solare viene riflessa (22% dall atmosfera e il 9% dalla superficie), il 20% viene assorbito dall atmosfera, il 49% dalla superficie La superfice della Terra assorbe energia pari al 144% della radiazione solare (49% come radiazione solare e 95% come radiazione termica emessa dall atmosfera) La superficie trasmette all atmosfera 102%,23%, 7% del valore della radiazione solare come radiazione termica, calore latente e calore sensibile e ne emette il 12 % direttamente verso lo spazio esterno L atmosfera riceve in totale l equivalente del 152% della radiazione solare (di cui il 132% dalla superficie e il20% direttamente dal Sole) ed emette radiazione termica in misura pari al 57% verso lo spazio esterno e 95% verso la superficie Il bilancio radiativo dell atmosfera è negativo. In assenza degli scambi di calore sensibile e latente si raffredderebbe di circa 1K/giorno (radiative cooling, fig.3.11). Solo la stratosfera e la troposfera sopra i poli nelle rispettive estati hanno un bilancio radiativo positivo) La Terra nel suo complesso assorbe e riemette il 69% della radiazione solare disponibile (albedo = 31%)

5 Radiazione solare in oceano In oceano la radiazione solare decresce esponenzialmente con la profondità Fig 3.12(a): La profondità di penetrazione (attenuazione al 37% del valore superficiale ) è 55m per l ultravioletto (0.3µm) e decresce a 1cm per l infrarosso (1µm) Fig 3.12(b): di conseguenza la luce diventa rapidamente blu con la profondità Gli strati profondi non vengono scaldati dalla radiazione solare, l attività clorofilliana e limitata agli strati superficiali La torbidità dell acqua ha effetti enormi sulla penetrazione della luce riducendo drammaticamente i valori di cui sopra

6 Ciclo giornaliero e annuale della temperatura in oceano Profondità 0 1m : Mescolamento e stratificazione, skin temperature, massimo pomeridiano della temperatura superficiale (fig.3.13) profondità 0 200m e oltre in presenza di convezione profonda: Il ciclo annuale dello strato mescolato (fig.3.14) Mescolamento, vento e flussi di calore dall oceano verso l atmosfera: formazione e raffreddamento dello strato mescolato in autunno-inverno Radiazione e flussi positivi di calore dall atmosfera verso l oceano: stratificazione della colonna d acqua, erosione dello strato mescolato e formazione del termoclino stagionale in primavera-estate I pannelli della figura 3.14 mostrano la stessa fenomenologia con tre visualizzazioni diverse: (a)sequenza di profili di T in funzione di z che ne mostrano le variazioni a scala mensile (b)valori di T in funzione di z (asse verticale) e tempo (mesi, asse orizzontale) che mostrano per un fissato mese la variazione di T con z e per un fissato z la variazione di T nel tempo (c)evoluzione di T lungo il ciclo annuale per fissati livelli di profondità