Hoofdstuk 1 evenwichtstemperatuur en broeikaseffect
Straling:
Langgolvig: uitgezonden door de aarde
Kortgolvig: uitgezonden door de zon
Broeikaseffect: balans tussen:
1. kortgolvige straling van de zon die wordt geabsorbeerd (aan aardoppervlak/in
atmosfeer)
2. De door de aarde uitgezonden langgolvige straling
- uitgezonden door aardoppervlak: wordt grotendeels geabsorbeerd in de
atmosfeer
- uitgezonden door aarde richting hemelruimte is afkomstig uit bovenste helft
atmosfeer — veel kouder dan aardoppervlak
Broeikaseffect versterkt door verstoring in balans tussen geabsorbeerde
zonnestraling en uitgezonden straling
Rol van wolken:
1. Reflectie —> draagt bij aan planetair albedo
2. Zwarte straffers in langgolvige deel spectrum : absorptie van alle langgolvige
straling die ze ontvangen van aardoppervlak. - straling richting hemelruimte
met de temperatuur van bovenkant wolk die lager is dan
oppervlaktetemperatuur - wolken zijn kouder dan aardoppervlak —> minder
langgolvige straling zenden ze uit dan aardoppervlak —> dus bijdrage aan
warm houden aarde-lage bewolking reflecteert veel en temperatuur is niet
veel lager dan oppervlaktetemperatuur —> verkoelend- hoge bewolking vrij
transparant, veel kouder —> zendt minder langgolvige straling uit = positieve
bijdrage broeikaseffect
Evenwichtstemperatuur wordt bepaald door stralingsevenwicht tussen
geabsorbeerde kortgolvige straling en de naar de hemelruimte uitgezonden
langgolvige straling
• langgolvige straling is afkomstig van aardoppervlak, wolkentoppen en grootte
deel broeikasgassen
• Temperatuur waar langgolvige straling wordt uitgezonden lager dan
oppervlaktetemperatuur daarom evenwichtstemperatuur ook stuk lager dan
oppervlaktetemperatuur
Broeikaseffect: verschil tussen gemiddelde oppervlaktetemperatuur en de
evenwichtstemperatuur (ook wel stralingstemperatuur) van de aarde
1.1 stralingswetten
De kortgolvige straling (0.1-4.0 μm) is afkomstig van de zon
De langgolvige straling (4.0-100 μm) is afkomstig van het aardoppervlak of uit de
atmosfeer. Die twee spectra overlappen nauwelijks omdat het oppervlak van de
zon veel warmer is dan het aardoppervlak.
De verschuivingswet van Wien geeft aan bij welke golflengte de top van het emissiespectrum
ligt
,λx = 2897 / T eenheid: [μm]
λx = emissiespectrum
T = absolute temperatuur in Kelvin (T = Tc + 273.15)
De totale hoeveelheid straling die een “object” uitzendt is afhankelijk van de absolute
temperatuur (T) van dat object en de emissiecoëfficiënt (ε) van het “object” (object kan hier
ook een hoeveelheid vloeistof betekenen of een deel van de atmosfeer). De wet van Stefan-
Boltzmann laat zien dat de emissie evenredig is met de vierde macht van de absolute
temperatuur:
4 -2
E=εσT [Wm ]
-8 -2 -4
De Stefan-Boltzmann constante heeft een waarde van σ = 5.67x10 Wm K .
De emissiecoëfficiënt in is een gewogen gemiddelde over het gehele spectrum, maar de
emissiecoëfficiënt verschilt per golflengte en is ook temperatuurafhankelijk. De wet van
Kirchhoff stelt: als een voorwerp of een gas een bepaalde golflengte kan uitzenden, dan kan
het precies dezelfde golflengte ook absorberen:
a (λ,T)= ε (λ,T) [-]
Deze wet belangrijk voor broeikaseffect
Voorbeeld: als in onderste kilometer van de atmosfeer straling van bepaalde golflengte wordt
uitgezonden door co2 kan groot deel van die straling aardoppervlak bereiken —> deze
straling kan niet ontsnappen naar de hemelruimte, omdat in de rest van e atmosfeer nog co2
zit die dezelfde golflengte absorberen. De straling (uitgezonden door co2 die kan ontsnappen
naar hemelruimte) wordt uitgezonden door co2 uit bovenste deel atmosfeer.
Waterdamp zit alleen onderin atmosfeer, bovenin is het veel kouder en
verzadigingsdampspanning van water is sterk afhankelijk van temperatuur
zonneconstante (I0) is de hoeveelheid zonnestraling die de rand van de
atmosfeer bereikt op de gemiddelde afstand aarde-zon, gemeten
loodrecht op de invallende zonnestraling (I0 = 1361 W m-2
cirkel: A = π R2
De totale hoeveelheid straling die de aarde bereikt is dan gelijk aan het
oppervlak van die cirkel maal de zonneconstante
, Aarde is bol: Abol = 4 π R2.
De hoeveelheid straling die gemiddeld per m2 binnen komt kun je bepalen
door de totale hoeveelheid straling te delen door het oppervlak van de
aarde:
πR2I0/
Kin = 4πR2 =I0 4 [Wm-2]
Van de hoeveelheid straling die de aarde bereikt wordt een deel
gereflecteerd. De fractie die wordt gereflecteerd wordt het planetair
albedo genoemd (α).
De hoeveelheid kortgolvige straling die gemiddeld per vierkante meter
wordt geabsorbeerd door de aarde (inclusief atmosfeer) is dan:
K=(1−α)I0 4 [Wm-2]
Straling:
Langgolvig: uitgezonden door de aarde
Kortgolvig: uitgezonden door de zon
Broeikaseffect: balans tussen:
1. kortgolvige straling van de zon die wordt geabsorbeerd (aan aardoppervlak/in
atmosfeer)
2. De door de aarde uitgezonden langgolvige straling
- uitgezonden door aardoppervlak: wordt grotendeels geabsorbeerd in de
atmosfeer
- uitgezonden door aarde richting hemelruimte is afkomstig uit bovenste helft
atmosfeer — veel kouder dan aardoppervlak
Broeikaseffect versterkt door verstoring in balans tussen geabsorbeerde
zonnestraling en uitgezonden straling
Rol van wolken:
1. Reflectie —> draagt bij aan planetair albedo
2. Zwarte straffers in langgolvige deel spectrum : absorptie van alle langgolvige
straling die ze ontvangen van aardoppervlak. - straling richting hemelruimte
met de temperatuur van bovenkant wolk die lager is dan
oppervlaktetemperatuur - wolken zijn kouder dan aardoppervlak —> minder
langgolvige straling zenden ze uit dan aardoppervlak —> dus bijdrage aan
warm houden aarde-lage bewolking reflecteert veel en temperatuur is niet
veel lager dan oppervlaktetemperatuur —> verkoelend- hoge bewolking vrij
transparant, veel kouder —> zendt minder langgolvige straling uit = positieve
bijdrage broeikaseffect
Evenwichtstemperatuur wordt bepaald door stralingsevenwicht tussen
geabsorbeerde kortgolvige straling en de naar de hemelruimte uitgezonden
langgolvige straling
• langgolvige straling is afkomstig van aardoppervlak, wolkentoppen en grootte
deel broeikasgassen
• Temperatuur waar langgolvige straling wordt uitgezonden lager dan
oppervlaktetemperatuur daarom evenwichtstemperatuur ook stuk lager dan
oppervlaktetemperatuur
Broeikaseffect: verschil tussen gemiddelde oppervlaktetemperatuur en de
evenwichtstemperatuur (ook wel stralingstemperatuur) van de aarde
1.1 stralingswetten
De kortgolvige straling (0.1-4.0 μm) is afkomstig van de zon
De langgolvige straling (4.0-100 μm) is afkomstig van het aardoppervlak of uit de
atmosfeer. Die twee spectra overlappen nauwelijks omdat het oppervlak van de
zon veel warmer is dan het aardoppervlak.
De verschuivingswet van Wien geeft aan bij welke golflengte de top van het emissiespectrum
ligt
,λx = 2897 / T eenheid: [μm]
λx = emissiespectrum
T = absolute temperatuur in Kelvin (T = Tc + 273.15)
De totale hoeveelheid straling die een “object” uitzendt is afhankelijk van de absolute
temperatuur (T) van dat object en de emissiecoëfficiënt (ε) van het “object” (object kan hier
ook een hoeveelheid vloeistof betekenen of een deel van de atmosfeer). De wet van Stefan-
Boltzmann laat zien dat de emissie evenredig is met de vierde macht van de absolute
temperatuur:
4 -2
E=εσT [Wm ]
-8 -2 -4
De Stefan-Boltzmann constante heeft een waarde van σ = 5.67x10 Wm K .
De emissiecoëfficiënt in is een gewogen gemiddelde over het gehele spectrum, maar de
emissiecoëfficiënt verschilt per golflengte en is ook temperatuurafhankelijk. De wet van
Kirchhoff stelt: als een voorwerp of een gas een bepaalde golflengte kan uitzenden, dan kan
het precies dezelfde golflengte ook absorberen:
a (λ,T)= ε (λ,T) [-]
Deze wet belangrijk voor broeikaseffect
Voorbeeld: als in onderste kilometer van de atmosfeer straling van bepaalde golflengte wordt
uitgezonden door co2 kan groot deel van die straling aardoppervlak bereiken —> deze
straling kan niet ontsnappen naar de hemelruimte, omdat in de rest van e atmosfeer nog co2
zit die dezelfde golflengte absorberen. De straling (uitgezonden door co2 die kan ontsnappen
naar hemelruimte) wordt uitgezonden door co2 uit bovenste deel atmosfeer.
Waterdamp zit alleen onderin atmosfeer, bovenin is het veel kouder en
verzadigingsdampspanning van water is sterk afhankelijk van temperatuur
zonneconstante (I0) is de hoeveelheid zonnestraling die de rand van de
atmosfeer bereikt op de gemiddelde afstand aarde-zon, gemeten
loodrecht op de invallende zonnestraling (I0 = 1361 W m-2
cirkel: A = π R2
De totale hoeveelheid straling die de aarde bereikt is dan gelijk aan het
oppervlak van die cirkel maal de zonneconstante
, Aarde is bol: Abol = 4 π R2.
De hoeveelheid straling die gemiddeld per m2 binnen komt kun je bepalen
door de totale hoeveelheid straling te delen door het oppervlak van de
aarde:
πR2I0/
Kin = 4πR2 =I0 4 [Wm-2]
Van de hoeveelheid straling die de aarde bereikt wordt een deel
gereflecteerd. De fractie die wordt gereflecteerd wordt het planetair
albedo genoemd (α).
De hoeveelheid kortgolvige straling die gemiddeld per vierkante meter
wordt geabsorbeerd door de aarde (inclusief atmosfeer) is dan:
K=(1−α)I0 4 [Wm-2]
