A felhőzet hatása a Föld felszíni sugárzási egyenlegére*

Átírás

1 A felhőzet hatása a Föld felszíni sugárzási egyenlegére* Ács Ferenc ELTE, Földrajz- és Földtudományi Intézet, Meteorológiai Tanszék *Meghívott előadás az Apáczai Nyári Akadémián, Újvidék, 2017 július 10-14

2 Vázlat A Föld sugárzási egyenlege Felhőzet: a földi légkör egyik legkiszámíthatatlanabb és legfontosabb meteorológiai eleme A felhőzet és a sugárzás kölcsönhatása Az ISCCP projekt A felhőzet hatása a sugárzás energia áramsűrűségére Eredmények Konklúzió Köszönetnyilvánítás

3 A Föld sugárzási egyenlege A Föld energetikailag nyitott rendszer. A légkörében és az óceánjaiban zajló folyamatokat alapvetően a Nap sugárzási energiája határozza meg. A Föld sugárzási egyensúlyban van, azaz, a légkör tetején belépő és kilépő sugárzási energia áramsűrűségek egyenlők f f besug kisug S (1 4 r 2 Föld A) r T 4 E 2 Föld., T E S (1 A) 4 1/ K.

4 A Föld sugárzási egyenlege Sugárzási egyenlege a napsugárzás és a terresztriális sugárzás egyenlegének összegével egyenlő. A napsugárzás egyenlege = a beeső és a visszavert napsugárzás különbsége (a beeső napsugárzás iránya pozitív). A terresztriális sugárzás egyenlege = a légköri visszasugárzás (iránya megegyezik a beeső napsugárzás irányával) és a felszíni kisugárzás különbsége. Ez az egyenleg vizsgálható a légkör különböző szintjeiben, a két legfontosabb szint a légkör teteje (TOA) és a légkör alja (felszín).

5 Beeső napsugárzás a légkör tetején szigorúan zonális eloszlású a Föld keringése és tengelyferdesége miatt

6 Felhőzet A Föld egyik legváltozatosabb meteorológiai eleme, a napsugárzás-hajtotta általános légkörzés következménye. Legfontosabb tulajdonsága a vastagsága (vertikális kiterjedés), mert ezzel arányos a kihullható csapadék mennyisége. A vastagsága mellett igen fontos jellemzője még a borítottság (horizontális kiterjedés), mert nagy borítottság esetén nagy a sugárzás módosító hatás.

7 Felhőzet Két perspektíva: földfelszíni megfigyelések esetén alulról és műholdas megfigyelések esetén felülről Amit megfigyelnek: a felhőfajta (felhőformák szerinti megkülönböztetés) és a borítottság (a háttér lefedettsége) Alulról : az égbolt lefedettsége, felülről : a megfigyelt földfelszín lefedettsége

8 Felhőzet az alulról / felülről perspektívák összeegyeztetése A Howard (1803) alapú morfológiai felhőfajta (Ci, Cs, Cc, Ac, As, Ns, Sc, Cu, St, Cb) osztályozás a műholdmeteorológiai kritériumrendszer alapján

9 A felhőzet és a sugárzás kölcsönhatása A napsugárzás a légkörben elnyelődés (abszorpció) és szóródás révén gyengül. Elnyelődéskor a sugárzási energia hővé alakul. Szóródáskor a sugár irányt vált, az energiája pedig változatlan marad. A földi sugárzás a légkörben elnyelődik és emittálódik, szóródása pedig minimális, szinte nem létező.

10 A felhőzet és a sugárzás kölcsönhatása Összefoglalva: a napsugárzás főleg szóródik, míg a földi sugárzás elnyelődik és emittálódik

11 ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project) A WCRP (World Climate Research Programme) egyik alprogramja Tárgy: felhő klimatológia Időtartam: 1983 július június 30 Műholdtípusok: TOVS (TIROS Operational Vertical Sounder), HIRS (High Resolution Infrared Radiation Sounder) Tér- és időbeli felbontás: 30 km, 3 óra

12 ISCCP A Föld ISCCP teljes időszakára vonatkozó átlagos felhőborítottsága

13 A felhőzet hatása a sugárzásra energetikai szempontból A felhőzet hatásának becslése = energia áramsűrűség borult égbolt esetén (R borult ) energia áramsűrűség derült égbolt esetén (R derült ). Az R derült értékeket a mérési eredményekkel validált GISS (Goddard Institute for Space Studies) sugárzásátviteli modellel határozták meg. E hatás erősítő, illetve gyengítő, ha az R borult - R derült különbség pozitív, illetve negatív.

14 Eredmények A forrásfájlokban tárolt mérési eredmények nyilvánosan elérhetők a projekt honlapján. A digitális adatok kiolvasása és mezőkbe rendezése fortrán nyelvű programok alkalmazásával valósult meg. Az eredményekből a sugárzási egyenlegnek a Föld felszínére és az 1994-es évre vonatkozó összetevőinek évi átlagait mutatjuk be.

15 Globál sugárzás

16 A felhőzet hatása a globál sugárzásra

17 Visszavert sugárzás

18 A felhőzet hatása a visszavert sugárzásra

19 A napsugárzás egyenlege

20 A felhőzet hatása a napsugárzás egyenlegére

21 Légköri visszasugárzás

22 A felhőzet hatása a légköri visszasugárzásra

23 Felszíni kisugárzás

24 A felhőzet hatása a felszíni kisugárzásra

25 A földi sugárzás egyenlege

26 A felhőzet hatása a földi sugárzás egyenlegére

27 A felszín sugárzási egyenlege

28 A felhőzet hatása a felszín sugárzási egyenlegére

29 Konklúzió A felhőzet gyengíti a napsugárzás egyenlegét a Föld felszínén. A felhőzet erősíti a földi sugárzás egyenlegét a Föld felszínén. A felhőzet növeli a sugárzásegyenleget a Föld felszínén a poláris és szub-poláris övezetekben, míg csökkenti a mérsékelt és egyenlítői övezetben.

30 Konklúzió A felhőzet hatása a sugárzásra nagyobb az óceánok, mint a kontinensek feletti térségben. Szahara felett a felhőzet sugárzásra gyakorolt hatása kifejezetten kicsi. Ezért e térség reflektált sugárzása összemérhető a pólusok térségében reflektált sugárzással.

31 Konklúzió Egymáshoz közel álló erősítő és gyengítő felhőhatással rendelkező térségek: Észak-Chile óceáni és szárazföldi térsége, Tibeti-fennsík, Dél-Kína trópusi térségei.

32 Konklúzió Egy igen érdekes potenciális alkalmazás: a felhőzet a sugárzás módosító hatásával hat az emberi szervezet hő-terhelésére is. Mindezek alapján ezen hő-terhelés módosító hatás is számszerűsíthető, ami a jövőbeni feladatok egyike.

33 Köszönetnyilvánítás Ez az előadás nem született volna meg Breuer Hajnalka nélkül, akinek segítségét nem tudtam nélkülözni az adatmezők előállítása során, valamint Magos Levente nélkül, aki a mezők ábráit biztosította. Nagyon szépen köszönöm aktív közreműködésüket.