Albedo

El albedo de un objeto es la medida en que refleja de forma difusa la luz del sol. Por lo tanto, es una forma más específica del término reflectividad. Albedo se define como la relación de difusamente reflejada para incidente de radiación electromagnética . Es un medida sin unidades indicativos de un difuso cuerpo de superficie o de reflectividad. La palabra se deriva del latín albedo "blancura", a su vez de "blanco" albus. El rango de valores posibles es de 0 (oscuro) a 1 (brillante).

Porcentaje de la luz del sol reflejada difusamente en relación con varias condiciones de la superficie de la tierra

El albedo es un concepto importante en climatología y astronomía . En climatología a veces se expresa como un porcentaje. Su valor depende de la frecuencia de la radiación en cuenta: no calificada, por lo general se refiere a algún medio apropiado de todo el espectro de la luz visible . En general, el albedo depende de la dirección y la distribución direccional de la radiación entrante. Las excepciones son Superficies de Lambert, que dispersan la radiación en todas las direcciones en una función coseno, por lo que su albedo no depende de la distribución entrante. En los casos realistas, una se requiere función de distribución de reflectancia bidireccional (BRDF) para caracterizar las propiedades de dispersión de una superficie con precisión, aunque albedos son una primera aproximación muy útil.

Albedo terrestre

Albedo de materiales típicos en visible rango de luz de hasta el 90% para la nieve fresca, a alrededor de 4% para carbón de leña, una de las sustancias más oscuros. Profundamente cavidades sombreadas pueden lograr un albedo eficaz acercarse al cero de una cuerpo negro. Cuando se ve desde la distancia, la superficie del océano tiene un albedo bajo, al igual que la mayoría de los bosques, mientras que las áreas desérticas tienen algunos de los más altos albedos entre los accidentes geográficos. La mayoría de las áreas de tierra están en un rango de albedo de 0,1 a 0,4. El albedo promedio de la Tierra es de aproximadamente 30%. Esto es mucho más alto que para el océano principalmente debido a la contribución de las nubes.

Las actividades humanas han cambiado el albedo (a través de la tala de bosques y la agricultura, por ejemplo) de diversos lugares del mundo. Sin embargo, la cuantificación de este efecto es difícil en la escala global.

El ejemplo clásico del efecto albedo es la retroalimentación de nieve temperatura. Si un cubiertas de nieve se calienta la zona y la nieve se derrite, los descensos de albedo, más luz solar es absorbida, y la temperatura tiende a aumentar. Lo contrario es cierto: si se forma de nieve, un ciclo de enfriamiento sucede. La intensidad del efecto albedo depende de la magnitud del cambio en albedo y la cantidad de insolación; Por esta razón, puede ser potencialmente muy grande en los trópicos.

Albedo de la superficie de la Tierra se estima regularmente a través de Sensores de los satélites de observación de la Tierra, como la NASA 's Instrumentos MODIS a bordo del Terra y Satélites Aqua. Como la cantidad total de radiación reflejada no puede ser medido directamente por vía satélite, modelo matemático de la BRDF se utiliza para traducir un conjunto de muestras de mediciones de reflectancia satélite en las estimaciones de reflectancia direccional semiesférica y la reflectancia bi-semiesférica.

White-cielo y negro-cielo albedo

Se ha demostrado que para muchas aplicaciones que implican albedo terrestre, el albedo en una determinada ángulo cenital solar razonablemente puede aproximarse por la suma proporcional de dos términos: la reflectancia direccional-hemisférica en ese ángulo cenital solar, , Y la reflectancia-bi hemisférica, la proporción en cuestión se define como la proporción de iluminación difusa .

Albedo a continuación, se puede dar como:

Reflectancia direccional-hemisférica se refiere a veces como negro-cielo albedo y bi-hemisférico reflectancia como cielo blanco albedo. Estos términos son importantes porque permiten que el albedo de calcularse para cualquier condición de iluminación dadas desde el conocimiento de las propiedades intrínsecas de la superficie.

Albedo Astronómico

El albedo de los planetas , satélites y asteroides pueden utilizarse para inferir mucho sobre sus propiedades. El estudio de albedos, su dependencia de la longitud de onda, el ángulo de iluminación ("ángulo de fase"), y la variación en el tiempo comprende una parte importante del campo astronómico de fotometría. Para objetos pequeños y lejanos que no pueden ser resueltos por los telescopios, gran parte de lo que sabemos proviene del estudio de sus albedos. Por ejemplo, el albedo absoluta puede indicar el contenido de hielo de la superficie de los objetos del sistema solar exterior, la variación del albedo con ángulo de fase da información sobre propiedades regolito, mientras inusualmente alto albedo radar es indicativo del alto contenido metálico en los asteroides .

Encelado, una luna de Saturno, tiene una de las albedo más alto conocido de cualquier cuerpo en el sistema solar, con el 99% de la radiación electromagnética reflejada. Otro órgano de alto albedo notable es Eris , con un albedo de 86%. Muchos objetos en el sistema solar exterior y cinturón de asteroides tienen albedos bajas de hasta un 5%. Tal una superficie oscura se cree que es indicativo de una primitiva y fuertemente espacio degradado superficie que contiene algunos compuestos orgánicos .

El albedo global de la Luna es de alrededor de 7%, pero es muy direccional y no-Lambert, mostrando también un fuerte efecto de oposición. Mientras que tales propiedades de reflectancia son diferentes de las de cualquier terrenos terrestres, que son típicos de la superficies regolito de cuerpos del sistema solar sin aire.

Dos albedos comunes que se utilizan en astronomía son la albedo geométrico (medir el brillo cuando la iluminación viene directamente desde atrás del observador) y el Albedo de Bond (que mide la proporción total de energía electromagnética reflejada). Sus valores pueden diferir significativamente, lo que es una fuente común de confusión.

En estudios detallados, las propiedades de reflectancia direccional de cuerpos astronómicos se expresan a menudo en términos de los cinco Parámetros Hapke que describen semi-empíricamente la variación del albedo con ángulo de fase, incluyendo una caracterización de la efecto de oposición de superficies regolito.

Correlación entre albedo astronómico, magnitud absoluta y el diámetro

,

donde es albedo astronómico, es el diámetro en km.

Otros tipos de albedo

Dispersión simple albedo - se utiliza para definir la dispersión de las ondas electromagnéticas en pequeñas partículas. Depende de las propiedades del material ( índice de refracción), el tamaño de la partícula (s), y la longitud de onda de la radiación entrante.

Algunos ejemplos de los efectos del albedo terrestre

Fairbanks, Alaska

De acuerdo con la Centro Nacional de Datos Climáticos de Datos GHCN 2, que se compone de 30 años medios climáticas suavizadas por miles de estaciones meteorológicas en todo el mundo, la estación meteorológica de la universidad en Fairbanks, Alaska, está a unos 3 ° C (5.4 ° F) más caliente que el aeropuerto de Fairbanks, en parte debido a los patrones de drenaje del aire, sino también en gran parte debido a la menor albedo en la universidad como resultado de una mayor concentración de abeto árboles y suelo cubierto de nieve, por lo tanto menos abierto para reflejar el calor hacia el espacio.

Los trópicos

Aunque el efecto albedo-temperatura es más famoso en las regiones más frías de la Tierra, debido a que más nieve cae allí, en realidad es mucho más fuerte en las regiones tropicales debido a que en los trópicos no es consistentemente más luz solar. Cuando brasileños ganaderos talan, tropicales oscuras de la selva tropical de árboles para sustituirlos por el suelo aún más oscuro con el fin de cultivar la tierra, la temperatura media de la superficie aumenta hasta 3 ° C (5.4 ° F) durante todo el año, aunque parte del efecto es debido al cambio de la evaporación ( flujo de calor latente).

Efectos a pequeña escala

Albedo trabaja en una escala más pequeña, también. Las personas que usan ropa oscura en el verano se ponen en un mayor riesgo de un golpe de calor que los que usan ropa de color más claro.

Albedo de diversos terrenos

El albedo de un pino del bosque en 45 ° N en el invierno en el que los árboles cubren la superficie de la tierra está completamente sólo alrededor del 9%, entre los más bajos de cualquier medio terrestre natural. Esto se debe en parte a que el color de los pinos, y en parte debido a la dispersión múltiple de la luz del sol entre los árboles que baja el nivel de luz reflejada general. Debido a la penetración de luz, albedo del océano es incluso inferior a aproximadamente 3,5%, aunque esto depende en gran medida del ángulo de la radiación incidente. Denso promedios swampland entre 9% y 14%. Árboles de hoja caduca en promedio alrededor del 13%. La campo de hierba por lo general viene en alrededor del 20%. Un campo estéril dependerá del color del suelo, y puede ser tan bajo como 5% o tan alto como 40%, con 15% siendo sobre la media de tierras de cultivo. Un desierto o grande playa lo general un promedio de alrededor de 25%, pero varía en función del color de la arena.

Areas urbanas

Las áreas urbanas en particular, tienen valores muy antinaturales para albedo debido a las muchas estructuras construidos por el hombre que absorben la luz antes que la luz puede llegar a la superficie. En la parte norte del mundo, las ciudades son relativamente oscuro, y Walker ha demostrado que su albedo promedio es de alrededor de un 7%, con sólo un ligero aumento durante el verano. En la mayoría de los países tropicales, ciudades promedio de alrededor del 12%. Esto es similar a los valores encontrados en las zonas de transición suburbanas del norte. Parte de la razón de esto es el diferente entorno natural de las ciudades en las regiones tropicales, por ejemplo, hay más árboles muy oscuros alrededor; otra razón es que partes de los trópicos son muy pobres, y edificios de la ciudad deben ser construidos con diferentes materiales. Regiones más cálidas también pueden elegir los materiales de construcción de color más claro por lo que las estructuras permanecerán más fresco.

Árboles

Dado que los árboles tienden a tener un albedo bajo, la eliminación de los bosques tenderían a aumentar albedo y por lo tanto podrían producir enfriamiento climático localizada. Nube votaciones complicar aún más el problema. En zonas estacionalmente NEVADO, albedos invierno de áreas sin árboles son de 10% a 50% más alta que en las zonas boscosas cercanas porque la nieve no cubre los árboles tan fácilmente. Árboles de hoja caduca tienen un valor de albedo de aproximadamente desde 0,15 hasta 0,18, mientras que árboles de coníferas tienen un valor de alrededor de 0,09-0,15. La diferencia entre caducifolios y de coníferas se debe a que los árboles de coníferas son más oscuros en general y tienen semillas cono-forma. El patrón de estas semillas trampa energía de la luz más de árboles de hoja caduca.

Los estudios realizados por la Hadley Centre han investigado el efecto relativo (generalmente el calentamiento) efecto del cambio y albedo (enfriamiento) de el secuestro de carbono en los bosques de plantación. Ellos encontraron que los nuevos bosques en las zonas tropicales y de latitudes medias tienden a enfriar; nuevos bosques en latitudes altas (por ejemplo, Siberia) eran neutrales o tal vez el calentamiento.

Nieve

Albedos nieve puede ser tan alta como 90%; esto, sin embargo, es que el ejemplo ideal: fresca nieve profunda sobre un paisaje sin rasgos. Durante la Antártida hacen un promedio de un poco más de 80%.

Si un área ligeramente cubierta de nieve se calienta, la nieve tiende a derretirse, bajando el albedo, y por lo tanto conduce a más deshielo (el hielo-albedo positivo retroalimentación). Esta es la base para las predicciones del calentamiento mejorado en las regiones polares y en temporada de nieve cubierto como resultado del calentamiento global.

Agua

El agua refleja la luz muy diferente a los materiales típicos terrestres. La reflectividad de una superficie de agua se calcula utilizando la Ecuaciones de Fresnel (véase el gráfico).

La reflectividad de agua sin problemas a 20 C (índice de refracción = 1,333)

En la escala de la longitud de onda de la luz hasta el agua ondulada es siempre suave para que la luz se refleja en un de manera especular (no difusa). El destello de la luz en el agua es un efecto común de esto. En pequeños ángulos de luz incidente, los resultados de ondulación en reducir la reflectividad (de hasta el 100%) debido a la pendiente de la curva de reflectividad-vs-incidente-ángulo y un aumento localmente ángulo medio incidente.

Aunque la reflectividad de agua es muy baja en ángulos de luz incidente de alta y media, aumenta enormemente en pequeños ángulos de luz incidente tal como se produce en el lado iluminado de la tierra cerca de la terminador (temprano por la mañana, la tarde y cerca de los polos). Sin embargo, como se mencionó anteriormente, la ondulación provoca una reducción apreciable. Puesto que la luz especularmente reflejada desde el agua no suele alcanzar el espectador, el agua se considera generalmente para tener un albedo muy bajo a pesar de su alta reflectividad a bajos ángulos de luz incidente.

Tenga en cuenta que las tapas blancas en las olas parecen blancos (y tienen un alto albedo) debido a que el agua se espuma hasta (no son lisos en la escala de la longitud de onda de la luz) por lo que las ecuaciones de Fresnel no se aplican. Exhibiciones de hielo "negras" Fresh Fresnel de reflexión.

Nubes

Las nubes son otra fuente de albedo que jugar en la ecuación el calentamiento global. Diferentes tipos de nubes tienen diferentes valores de albedo, teóricamente que van desde un mínimo de alrededor de 0% a un máximo en las altas 70s. "En un día cualquiera, aproximadamente la mitad de la Tierra está cubierta por nubes, que reflejan más luz solar que la tierra y el agua. Nubes mantienen tierra fresca que refleja la luz del sol, pero también puede servir como mantas para atrapar el calor."

Albedo y el clima en algunas zonas ya están afectados por las nubes artificiales, tales como los creados por la estelas de tráfico avión comercial pesado. Un estudio después de la quema de los campos de petróleo kuwaitíes por Saddam Hussein demostró que temperaturas por debajo de los incendios de petróleo en llamas eran tanto como 10 ^o C más frío que las temperaturas a varios kilómetros de distancia bajo un cielo despejado.

Efectos de los aerosoles

Aerosoles (partículas muy finas / gotitas en la atmósfera) tiene dos efectos, directos e indirectos. El (albedo) efecto directo es generalmente para enfriar el planeta; el efecto indirecto (las partículas actúan como CCN y por lo tanto el cambio propiedades de las nubes) es menos seguro.

El carbono negro

Otro efecto albedo relacionada con el clima es a partir de partículas de carbono negro. El tamaño de este efecto es difícil de cuantificar: la IPCC dice que su "estimación del forzamiento radiativo medio mundial de aerosoles BC de los combustibles fósiles es ... 0.2 W ^m-2 (de 0,1 W ^m-2 en el SAR) con un rango de 0,1 a 0,4 W m ^-2 ".