La radiación difusa del cielo es la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra después de haber sido dispersada por el rayo solar directo por moléculas o partículas en la atmósfera . También llamada radiación del cielo , el proceso determinante para cambiar los colores del cielo . Aproximadamente el 23% de la radiación incidente directa de la luz solar total se elimina del rayo solar directo mediante la dispersión en la atmósfera; de esta cantidad (de radiación incidente) aproximadamente dos tercios llega finalmente a la tierra en forma de radiación de tragaluz difusa por fotones . [ cita requerida]
Los procesos de dispersión radiativa dominantes en la atmósfera son la dispersión de Rayleigh y la dispersión de Mie ; son elásticos , lo que significa que un fotón de luz puede desviarse de su trayectoria sin ser absorbido y sin cambiar la longitud de onda.
Bajo un cielo nublado, no hay luz solar directa y toda la luz es el resultado de la radiación difusa del tragaluz.
A partir de los análisis de las secuelas de la erupción del volcán Filipinas Monte Pinatubo (en junio de 1991) y otros estudios: [2] [3] El tragaluz difuso, debido a su estructura y comportamiento intrínsecos, puede iluminar las hojas debajo del dosel, lo que permite más fotosíntesis total de la planta más eficiente de lo que sería de otra manera; esto en marcado contraste con el efecto de cielos totalmente despejados con luz solar directa que proyecta sombras sobre las hojas del sotobosque y por lo tanto limita la fotosíntesis de las plantas a la capa superior del dosel (ver más abajo) .
Color
La atmósfera de la Tierra dispersa la luz de longitud de onda corta de manera más eficiente que la de longitudes de onda más largas. Debido a que sus longitudes de onda son más cortas, la luz azul se dispersa con mayor intensidad que las luces de longitud de onda más larga, roja o verde. Por lo tanto, el resultado de que cuando se mira al cielo lejos de la luz solar incidente directa , el ojo humano percibe que el cielo es azul. [4] El color percibido es similar al que presenta un azul monocromático (a una longitud de onda de 474-476 nm ) mezclado con luz blanca, es decir, una luz azul insaturada . [5] La explicación del color azul de Rayleigh en 1871 es un ejemplo famoso de la aplicación del análisis dimensional a la resolución de problemas de física; [6] (ver figura superior).
La dispersión y la absorción son las principales causas de la atenuación de la radiación solar por la atmósfera. La dispersión varía en función de la relación entre los diámetros de las partículas (de las partículas en la atmósfera) y la longitud de onda de la radiación incidente. Cuando esta relación es inferior a aproximadamente una décima parte, se produce la dispersión de Rayleigh . (En este caso, el coeficiente de dispersión varía inversamente con la cuarta potencia de la longitud de onda. A relaciones mayores, la dispersión varía de una manera más compleja, como se describe para las partículas esféricas por la teoría de Mie ). Las leyes de la óptica geométrica comienzan a aplicarse a mayores ratios.
Diariamente, en cualquier lugar global que experimente el amanecer o el atardecer , la mayor parte del rayo solar de luz solar visible llega casi tangencialmente a la superficie de la Tierra. Aquí, el camino de la luz solar a través de la atmósfera se alarga de tal manera que gran parte de la luz azul o verde se dispersa lejos de la línea de luz visible perceptible. Este fenómeno deja los rayos del sol y las nubes que iluminan, con abundantes colores de naranja a rojo, que se ven al mirar un atardecer o un amanecer.
Para el ejemplo del Sol en el cenit , a plena luz del día, el cielo es azul debido a la dispersión de Rayleigh, que también involucra a los gases diatómicos N2y O2. Cerca de la puesta del sol y especialmente durante el crepúsculo , la absorción por ozono ( O
3) contribuye significativamente a mantener el color azul en el cielo nocturno.
Bajo un cielo nublado
Básicamente, no hay luz solar directa bajo un cielo nublado , por lo que toda la luz es radiación difusa del cielo. El flujo de luz no depende mucho de la longitud de onda porque las gotas de las nubes son más grandes que la longitud de onda de la luz y dispersan todos los colores aproximadamente por igual. La luz atraviesa las nubes translúcidas de manera similar al vidrio esmerilado . La intensidad varía (aproximadamente) desde 1 ⁄ 6 de la luz solar directa para nubes relativamente delgadas hasta 1 ⁄ 1000 de luz solar directa bajo el extremo de las nubes de tormenta más espesas. [ cita requerida ]
Como parte de la radiación total
Una de las ecuaciones para la radiación solar total es: [7]
donde H b es la irradiancia de radiación del haz, R b es el factor de inclinación para la radiación del haz, H d es la irradiancia de radiación difusa, R d es el factor de inclinación para la radiación difusa y R r es el factor de inclinación para la radiación reflejada.
R b viene dado por:
donde δ es la declinación solar , Φ es la latitud, β es un ángulo con respecto a la horizontal y h es el ángulo horario solar .
R d viene dado por:
y R r por:
donde ρ es la reflectividad de la superficie.
La agricultura y la erupción del monte. Pinatubo
La erupción del volcán de Filipinas - Monte Pinatubo en junio de 1991 expulsó aproximadamente 10 km 3 (2,4 millas cúbicas) de magma y "17.000.000 de toneladas métricas " (17 teragramos ) de dióxido de azufre SO 2 en el aire, introduciendo diez veces más SO total. 2 como los incendios de Kuwait en 1991, [8] principalmente durante el evento explosivo Pliniano / Ultra-Pliniano del 15 de junio de 1991, creando una capa de neblina estratosférica global de SO 2 que persistió durante años. Esto resultó en una caída de la temperatura media global de aproximadamente 0,5 ° C (0,9 ° F). [9] A medida que la ceniza volcánica cae de la atmósfera rápidamente, [10] los efectos agrícolas negativos de la erupción fueron en gran parte inmediatos y se localizaron en un área relativamente pequeña en las proximidades de la erupción, ya que fueron causados por la espesa capa de ceniza resultante. que resultó. [11] [12] Sin embargo, a nivel mundial, a pesar de una caída de varios meses del 5% en la irradiación solar general y una reducción de la luz solar directa en un 30%, [13] no hubo un impacto negativo en la agricultura mundial. [2] [14] Sorprendentemente, se observó un aumento de 3-4 años [15] en la productividad agrícola mundial y el crecimiento forestal, a excepción de las regiones de bosques boreales . [dieciséis]
El medio por el que se descubrió esto es que inicialmente en ese momento, se observó una misteriosa caída en la velocidad a la que el dióxido de carbono (CO 2 ) llenaba la atmósfera, que se traza en lo que se conoce como la " Curva de Keeling ". [17] Esto llevó a numerosos científicos a asumir que esta reducción se debió a la disminución de la temperatura de la Tierra y, con ello, a una desaceleración en la respiración de las plantas y el suelo , lo que indica un impacto deletéreo para la agricultura global de la capa de neblina volcánica. [2] [14] Sin embargo, tras una investigación real, la reducción en la velocidad a la que el dióxido de carbono llenó la atmósfera no coincidió con la hipótesis de que las tasas de respiración de las plantas habían disminuido. [18] [19] En cambio, la anomalía ventajosa estaba relativamente firmemente [20] vinculada a un aumento sin precedentes en el crecimiento / producción primaria neta , [21] de la vida vegetal global, lo que resultó en el aumento del efecto de sumidero de carbono de la fotosíntesis global. [2] [14] El mecanismo por el cual fue posible el aumento en el crecimiento de las plantas fue que la reducción del 30% de la luz solar directa también se puede expresar como un aumento o "mejora" en la cantidad de luz solar difusa . [2] [18] [22] [14]
El efecto de claraboya difusa
Esta claraboya difusa, debido a su naturaleza intrínseca, puede iluminar las hojas debajo del dosel permitiendo una fotosíntesis total de la planta más eficiente de lo que sería de otra manera. [2] [14] En marcado contraste con el efecto de cielos totalmente despejados y la luz solar directa que resulta de él, que proyecta sombras sobre las hojas del sotobosque , limitando estrictamente la fotosíntesis de las plantas a la capa superior del dosel. [2] [14] Este aumento en la agricultura global de la capa de neblina volcánica también resulta naturalmente como producto de otros aerosoles que no son emitidos por los volcanes, como la contaminación de "carga de humo moderadamente espeso" provocada por el hombre, ya que el mismo mecanismo, el "efecto radiativo directo del aerosol" está detrás de ambos. [16] [23] [24]
Ver también
- Difracción atmosférica
- Perspectiva aérea
- Cianómetro
- Luz
- Resplandor de aire nocturno
- la dispersión de Rayleigh
- Modelo del cielo de Rayleigh
- Duración del sol
- Efecto Tyndall
Referencias
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Otras lecturas
- Pesic, Peter (2005). Cielo en una botella . La prensa del MIT. ISBN 978-0-262-16234-0.
enlaces externos
- Conferencia del Dr. CV Raman: ¿Por qué el cielo es azul?
- ¿Porque el cielo es azul?
- Dispersión de cielo azul y Rayleigh
- Óptica atmosférica (.pdf), Dr. Craig Bohren