Napállandó

A szoláris állandó , más néven a teljes szoláris besugárzott , kifejezi a mennyisége napenergia , hogy kapnának egy felülete 1 m 2 távolságban van egy csillagászati egység (átlagos Nap-Föld távolság), kitéve merőleges a sugarai a Sun , légkör hiányában egy pillanatra. A Föld számára tehát az energiaáramlás sűrűsége a légkör tetején .

Ezt watt / négyzetméterben fejezik ki ( W / m 2 vagy W m −2 ).

Az Earth (ezen kívül a légkörben), akkor: . ${\ displaystyle F = (1 ~ 360,8 \ pm 0,5) \; {\ textrm {W}} \ cdot {\ textrm {m}} ^ {- 2}}$

Ez az energia a teljes földfelszínen eloszlik, amelynek gömb mintájára olyan területe van, amely négyszerese a beesési felület területének, amely azonos sugarú korong.

Az átlagos beeső napsugárzás a teljes felületen tehát:

{\ displaystyle {\ bar {F}} = {\ frac {F} {4}} \ simeq 340 \; {\ textrm {W}} \ cdot {\ textrm {m}} ^ {- 2}}

Ezt az átlagértéket figyelembe veszik a földi sugárzási mérlegben .

Képlet

A kromoszféra által kibocsátott Nap sugárzása modellezhető, mint egy fekete test. Ehhez a felületi hőmérsékletet megközelítőleg 5780 K-nak kell tekinteni . Kvantitatívan becsülhető emissziót produkál Stefan-Boltzmann törvényével : $T_ \ odot$ ${\ displaystyle F _ {\ odot}}$

{\ displaystyle F _ {\ odot} = \ sigma T _ {\ odot} ^ {4} = 63.2 \; {\ textrm {MW}} \ cdot {\ textrm {m}} ^ {- 2}}

Az R távolságra , az űrben kisugárzott energia megőrzésének feltevésével az következik, hogy:

{\ displaystyle 4 \ pi R _ {\ odot} ^ {2} F _ {\ odot} = 4 \ pi R ^ {2} F}

{\ displaystyle F = F _ {\ odot} \ balra ({\ frac {R _ {\ odot}} {R}} \ jobbra) ^ {2}}

hol van a nap sugara, egyenlő 696 342 km-rel . ${\ displaystyle R _ {\ odot}}$

A digitális alkalmazás a következőket nyújtja:

{\ displaystyle \ F = \ balra ({\ dfrac {5 \ 535.8} {R}} \ jobbra) ^ {2}}

ahol R millió km-ben, F pedig watt / négyzetméterben van kifejezve .

A Földre, ahol R = 1 au = 150 millió kilométer, megkapjuk

{\ displaystyle F = 1 \ 362 \; {\ textrm {W}} \ cdot {\ textrm {m}} ^ {- 2}}

Más bolygók esete

A naprendszer bolygói által sugárzott sugárzás

Bolygó	Fogadott besugárzás ( W / m 2 )
Higany	9083
Vénusz	2 601
föld	1,361
március	586
Jupiter	50
Szaturnusz	15
Uránusz	3.7
Neptun	1.5

A napsugárzás változásai

Megalakulása óta a napelemes rendszer mintegy 4,7 milliárd évvel ezelőtt, az intenzitás napsugárzás nőtt. Abban az időben még csak a jelenlegi értékének 70% -át érte meg, és a karbon időszakban , körülbelül 300 millió évvel ezelőtt, a napállandó körülbelül 2,5% -kal alacsonyabb volt, mint ma.

A napérték a jelenlegi értékének százalékában kifejezve a következő egyenlettel írható le (a t idő a Naprendszer megjelenése óta eltelt évmilliárdokban kifejezve):

{\ displaystyle \ left [1 + 0,4 \ left (1 - {\ frac {t} {4.7}} \ right) \ right] ^ {- 1}}

Tehát 4,7 milliárd év múlva a Nap a kibocsátott sugárzást tekintve körülbelül 67% -kal erősebb lenne, mint most. A lehetséges 10 millió évig tartó (kb. 300 millió évente bekövetkező) átmeneti változások megmagyarázhatják a Föld jégkorszakát : a pleisztocén jégkorszak, az előzőek 300 és 700 millió évvel ezelőtt következtek be.

De más földi hatások dominálnának, például a kontinensek elrendezése (a pólusok körül); az üvegházhatású gázok koncentrációja .

A napállandó 1–5 W / m 2 nagyságrendű, rövidebb időskálán, néhány napig változik néhány évre, például a napfoltok jelenléte vagy hiánya vagy a nap aktivitása miatt .

A klímaváltozás tényezője

Hosszú távon a Föld csillagászati helyzete a Naphoz viszonyítva a fő tényező a globális hőmérséklet természetes változékonyságában, a nap „állandóján” keresztül.

A fő ciklusok a következőkre vonatkoznak:

a Föld pályájának excentricitása (jelenlegi 100 000 éves ciklus);
a pólusok tengelyének ferdesége (jelenlegi ciklus körülbelül 41 500 év);
a napéjegyenlőségek precessziója ;
a napaktivitás , amely 11 ciklusban ingadozik, amelyet a napfoltok száma jellemez .

E négy tényező közül csak az első és a negyedik módosítja a Föld által kapott napsugárzás értékét. A másik két tényező megváltoztatja a napenergia eloszlását a föld felszínén, de a besugárzást nem.

Mindezek és mások integrálása a paleoklimátumok csillagászati elméletének keretében különféle munkákat eredményezett az éghajlat és a ciklosztratigráfia területén .

A napállandó mérésének alakulása

A napállandó első komoly meghatározása 1838-ból származik, és Claude Pouillet-hez kerül, aki 1228 W m −2-re becsüli azt . Ezt az értéket, bármennyire is közel áll a valósághoz, Samuel Pierpont Langley megkérdőjelezte 1881-ben, aki a Whitney-hegy tetejére (4420 m ) tett expedíciót követően 2140 W m −2-nek megfelelő állandót talált . Ez az érték lesz a referenciaérték több mint 20 évig.

Csak modern radiométerek kerültek a pályára, hogy pontosítsák ezt a mérést. 1978-ban a Nimbus 7 műhold HF radiométere 1372 W / m 2 értéket jelentett be . Ezt az értéket az ACRIM I az SMM- en gyorsan 1367 W / m 2 -re korrigálja . Újabban a VIRGO a SoHO -n 1998-ban 1365,4 ± 1,3 W m −2- re csökkentette ezt az értéket .

A 2008 óta elfogadott érték 1360,8 ± 0,5 W m −2 .

Megjegyzések és hivatkozások

Geofizikai Kutató Letters, vol. 38, L01706, 7 PP., 2011 doi: 10.1029 / 2010GL045777 A teljes napsugárzás új, alacsonyabb értéke: Bizonyíték és éghajlati jelentőség
Egy pontosabb számítás, amely egy lapított ellipszoidot vesz modellel , egy ezrelék nagyságrendű korrekciót ad ehhez az arányhoz. Például a napéjegyenlőségek alatt az incidenciafelület a excentricitás 0,081 819 ellipszise, 127,373 millió négyzetkilométer területtel, míg a föld felszíne 510,065 millió négyzetkilométer. Ekkor az arány 4,0045. A napfordulóknál kissé gyengébb.
(in) " Klíma és a Föld energiaköltségvetése " a earthobservatory.nasa.gov- on , a NASA,2009. január 14(elérhető : 2021. március 28. ) .
" Mercury Fact Sheet ", az nssdc.gsfc.nasa.gov címen (elérhető : 2021. január 31. )
" Venus Fact Sheet ", az nssdc.gsfc.nasa.gov címen (elérve 2021. január 31. )
" Earth Fact Sheet ", az nssdc.gsfc.nasa.gov címen (elérve 2021. január 31. )
" Mars adatlap " , nssdc.gsfc.nasa.gov (elérve 2021. január 31. )
" Jupiter Fact Sheet ", az nssdc.gsfc.nasa.gov címen (elérhető : 2021. január 31. )
" Saturn Fact Sheet ", az nssdc.gsfc.nasa.gov címen (elérhető : 2021. január 31. )
" Uranus Fact Sheet ", az nssdc.gsfc.nasa.gov címen (hozzáférés : 2021. január 31. )
" Neptune Fact Sheet ", az nssdc.gsfc.nasa.gov címen (elérhető : 2021. január 31. )
Jean-Louis Dufresne A napállandó meghatározása Claude Pouillet által [PDF] , Meteorológia , n o 60, p. 3643 , 2008. február.
Összetett teljes napsugárzás (TSI) idősor építése 1978-tól napjainkig .

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek

fr) A napelem állandó csoportja, amely naponta méri a referencia napállandót