albedo - Albedo


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El porcentaje de reflejada difusamente la luz del sol con respecto a diversas condiciones de la superficie

Albedo ( / æ l b i d / ) ( América : albedo , lo que significa 'blancura') es la medida de la reflexión difusa de la radiación solar sobre el total de radiación solar recibida por un cuerpo astronómico (por ejemplo, un planeta como la Tierra ) . Es adimensional y medido en una escala de 0 (correspondiente a un cuerpo negro que absorbe toda la radiación incidente) a 1 (que corresponde a un cuerpo que refleja toda la radiación incidente).

Albedo de la superficie se define como la relación de irradiancia refleja a la irradiación recibida por una superficie. La proporción refleja no sólo está determinada por las propiedades de la superficie en sí, sino también por la distribución espectral y angular de la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra. Estos factores varían con la composición atmosférica, la ubicación geográfica y el tiempo (ver posición del Sol ). Mientras bi-hemisférica reflectancia se calcula para un único ángulo de incidencia (es decir, para una posición dada del Sol), albedo es la integración direccional de la reflectancia sobre todos los ángulos solares en un período determinado. La resolución temporal puede variar de segundos (tal como se obtiene a partir de mediciones de flujo) a diario, las medias mensuales o anuales.

A menos dado para una longitud de onda específica (albedo espectral), albedo refiere a todo el espectro de la radiación solar. Debido a las limitaciones de medición, se da a menudo para el espectro en el que la mayor parte de la energía solar alcanza la superficie (entre 0,3 y 3 m). Este espectro incluye la luz visible (0,39 a 0,7 micras), lo que explica por qué las superficies con un albedo bajo aparecen oscuras (por ejemplo, los árboles absorben más radiación), mientras que las superficies con un alto albedo aparecen brillantes (por ejemplo, la nieve refleja más radiación).

El albedo es un concepto importante en la climatología , la astronomía , y la gestión del medio ambiente (por ejemplo, como parte del LEED programa (LEED) para la clasificación sostenible de los edificios). El albedo promedio de la Tierra desde la atmósfera superior, su albedo planetario , es 30-35% debido a la cobertura de nubes , pero ampliamente varía localmente través de la superficie debido a las diferentes características geológicas y ambientales.

El término albedo se introdujo en la óptica por Johann Heinrich Lambert en su trabajo de 1760 Photometria .

albedo terrestre

albedos muestras
Superficie típica
albedo
asfalto fresco 0.04
Mar abierto 0.06
asfalto desgastado 0.12
Bosques de coníferas
(verano)
0,08, 0,09-0,15
Árboles de hoja caduca 0,15-0,18
Suelo desnudo 0.17
Césped verde 0.25
Arena del desierto 0.40
El concreto nuevo 0.55
océano de hielo 0,5-0,7
Nieve fresca 0.80

Cualquier albedo en luz visible cae dentro de un intervalo de aproximadamente 0,9 para la nieve fresca a aproximadamente 0,04 para el carbón vegetal, una de las sustancias más oscuros. Profundamente cavidades sombreadas pueden lograr un albedo eficaz acercándose al cero de un 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 zonas desérticas tienen algunos de los más altos entre albedos 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 aproximadamente 0,3. Esto es mucho más alto que para el océano sobre todo debido a la contribución de las nubes.

2003-2004 cielo despejado anual y total de cielo-media albedo

Albedo de la superficie de la Tierra se estima regularmente a través de observación de la Tierra sensores de satélites tales como la NASA 's MODIS instrumentos a bordo de la Terra y del Aqua satélites, y el instrumento CERES en el Suomi NPP y JPSS . Como la cantidad de radiación reflejada se mide sólo para una única dirección por satélite, no todas las direcciones, un modelo matemático se utiliza para traducir un conjunto de muestras de mediciones de reflectancia satélite en estimaciones de reflectancia direccional-hemisférica y la reflectancia bi-hemisférica (por ejemplo,) . Estos cálculos se basan en la función de distribución de reflectancia bidireccional (BRDF) , que describe cómo la reflectancia de una superficie dada depende del ángulo de visión del observador y el ángulo solar. BDRF puede facilitar las traducciones de observaciones de reflectancia en el albedo.

Temperatura media de la superficie de la Tierra debido a su albedo y el efecto de invernadero es actualmente de unos 15 ° C. Si la Tierra se congelaron por completo (y por lo tanto ser más reflexivo), la temperatura media del planeta caería por debajo de -40 ° C. Si sólo las masas continentales se cubrieron por los glaciares, la temperatura media del planeta se reduciría a aproximadamente 0 ° C. En contraste, si toda la Tierra estaba cubierta por el agua - un denominado Aquaplanet - la temperatura media en el planeta se elevaría a casi 27 ° C.

Blanco-negro cielo y el cielo-albedo

Para superficies de tierra, se ha demostrado que el albedo en un determinado ángulo cenital solar θ i se puede aproximar por la suma proporcional de dos términos: la reflectancia direccional-hemisférica en ese ángulo cenital solar, y la reflectancia bi-hemisférica, , con siendo la proporción de la radiación directa desde un ángulo solar dado, y siendo la proporción de iluminación difusa.

Por lo tanto, el albedo real (también llamado azul-cielo albedo), entonces se puede dar como:

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

albedo astronómica

Los albedo de planetas , satélites y planetas menores como los 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 principal del campo astronómico de la 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 absoluto puede indicar el contenido de hielo de la superficie de exterior del sistema solar objetos, la variación de albedo con el ángulo de fase da información sobre regolith propiedades, mientras que inusualmente alto albedo radar es indicativo de alto contenido de metales en los asteroides .

Encelado , una luna de Saturno, tiene una de las albedos más alto conocido de cualquier órgano en el Sistema Solar, con 99% de la radiación EM reflejado. Otro órgano de alto albedo notable es Eris , con un albedo de 0,96. Muchos pequeños objetos en el sistema solar exterior y cinturón de asteroides tienen albedos bajas de hasta aproximadamente 0,05. Un típico núcleo del cometa tiene un albedo de 0,04. Tal una superficie oscura se cree que es indicativo de una primitiva y fuertemente espacio resistido superficie que contiene algunos compuestos orgánicos .

El albedo general de la Luna se mide en alrededor de 0,136, pero es fuertemente direccional y no-Lambert, mostrando también un fuerte efecto de oposición . Aunque tales propiedades de reflectancia son diferentes de las de cualquier terrenos terrestres, que son típicos de los regolith superficies de cuerpos del Sistema Solar sin aire.

Dos albedos comunes que se utilizan en la astronomía son los (V-banda) albedo geométrico (medición de la luminosidad cuando la iluminación proviene de directamente detrás del observador) y el albedo Bond (midiendo proporción total de energía electromagnética reflejada). Sus valores pueden diferir significativamente, lo que es una fuente común de confusión.

Planeta Geométrico Enlace
Mercurio 0,142 0,088
Venus 0,689 0,76
Tierra 0,434 0,306
Marte 0,170 0.25
Júpiter 0,538 0,503
Saturno 0,499 0,342
Urano 0,488 0,300
Neptuno 0,442 0,290

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

La correlación entre albedo astronómico (geométrica), magnitud absoluta y el diámetro es: ,

donde es el albedo astronómico, es el diámetro en kilómetros, y es la magnitud absoluta.

Ejemplos de efectos albedo terrestre

Iluminación

Albedo no depende directamente de iluminación porque el cambio de la cantidad de luz entrante proporcionalmente cambia la cantidad de luz reflejada, excepto en circunstancias en las que un cambio en la iluminación induce un cambio en la superficie de la Tierra en la que la ubicación (por ejemplo, a través de retroalimentación albedo-temperatura). Dicho esto, albedo y la iluminación tanto varían por la latitud. El albedo es más alta cerca de los polos y la más baja en los subtrópicos, con un máximo local en los trópicos.

efectos de insolación

La intensidad de los efectos de temperatura de albedo depende de la cantidad de albedo y el nivel de local de insolación (irradiancia solar); zonas de alto albedo en los árticos y antárticos regiones son frías debido a la baja insolación, donde las áreas tales como el desierto del Sahara , que también tienen un relativamente alto albedo, serán más caliente debido a la alta insolación. Tropicales y sub-tropicales de la selva tropical áreas tienen albedo bajo, y son mucho más calientes que sus bosques templados homólogos, que tienen la insolación inferior. Debido a la insolación juega un papel tan en los efectos de calentamiento y enfriamiento de albedo, las zonas de alta insolación como los trópicos tienden a mostrar una fluctuación más pronunciada de la temperatura local cuando los cambios de albedo locales.

Regiones árticas en especial liberan más calor hacia el espacio que lo absorben, refrigeración efectiva la Tierra . Esta ha sido una preocupación, ya que el hielo ártico y la nieve ha sido la fusión a tasas más altas debido a las altas temperaturas, la creación de regiones en el ártico que son notablemente más oscuro (siendo el agua o el suelo, que es un color más oscuro) y refleja menos calor hacia el espacio. Este bucle de realimentación resulta en un efecto albedo reducido.

Clima y tiempo

Albedo afecta el clima mediante la determinación de la cantidad de radiación absorbe un planeta. El calentamiento desigual de la tierra de las variaciones de albedo entre tierra, el hielo, o al océano superficies puede conducir tiempo .

retroalimentación Albedo-temperatura

Cuando los cambios de albedo de un área, debido a las nevadas, la nieve a temperaturas de retroalimentación resultados. Una capa de nevadas aumenta albedo local, que refleja la luz del sol de distancia, lo que lleva a un enfriamiento local. En principio, si no hay cambio de temperatura puede afectar a esta área (por ejemplo, una cálida masa de aire ), el albedo elevado y menor temperatura mantendrían la nieve actual e invitar a más nevadas, la profundización de las votaciones de nieve temperatura. Sin embargo, como local, el clima es dinámico debido al cambio de las estaciones , las masas de aire caliente y, finalmente, un ángulo más directa de la luz solar (mayor insolación ) causa la fusión. Cuando el área fundida revela superficies con albedo inferior, tales como hierba o el suelo, el efecto se invierte: la superficie oscurecimiento reduce albedo, el aumento de las temperaturas locales, que induce más de fusión y reduciendo así el albedo aún más, resultando en aún más calentamiento.

Nieve

Albedo de la nieve es muy variable, que van desde tan alto como 0,9 para la nieve recién caída, a aproximadamente 0,4 para la fusión de la nieve, y tan baja como 0,2 para nieve sucia. Sobre la Antártida promedios nieve albedo un poco más de 0,8. Si un área marginal cubiertas de nieve se calienta, la nieve tiende a fundirse, bajando el albedo, y por lo tanto conduce a más deshielo porque más radiación es absorbida por la capa de nieve (el hielo-albedo retroalimentación positiva ).

Al igual que la nieve fresca tiene un albedo más alto que hace nieve sucia, el albedo del hielo marino cubierto de nieve es mucho más alta que la del agua del mar. El agua de mar absorbe más radiación solar que sería la misma superficie cubierta de nieve reflectante. Cuando el hielo se derrite, ya sea debido a un aumento en la temperatura del mar o en respuesta a un aumento de la radiación solar desde arriba, la superficie cubierta de nieve se reduce, y más superficie de agua de mar está expuesto, por lo que el ritmo de aumento de absorción de energía. El extra de energía absorbida calienta el agua de mar, que a su vez aumenta la velocidad a la que se funde el hielo del mar. Como con el ejemplo anterior de deshielo, el proceso de fusión del hielo marino es, pues, otro ejemplo de una retroalimentación positiva. Tanto los bucles de retroalimentación positivos han sido reconocidos como importantes para la teoría moderna del calentamiento global .

Cryoconite , polvo arrastrado por el viento polvo que contiene hollín, a veces reduce albedo en glaciares y capas de hielo.

La naturaleza dinámica de albedo en respuesta a la retroalimentación positiva, junto con los efectos de los pequeños errores en la medición del albedo, puede conducir a grandes errores en las estimaciones de energía. Debido a esto, con el fin de reducir el error de las estimaciones de energía, es importante para medir el albedo de las zonas cubiertas de nieve a través de técnicas de teledetección en lugar de aplicar un único valor para albedo sobre regiones amplias.

efectos a pequeña escala

Albedo trabaja en una escala más pequeña, también. En la luz del sol, ropas oscuras absorben más el calor y la ropa de colores claros reflejan mejor, lo que permite un cierto control sobre la temperatura corporal mediante la explotación del efecto albedo del color de la ropa externa.

efectos solares fotovoltaicas

Albedo puede afectar a la energía eléctrica de salida de solares dispositivos fotovoltaicos . Por ejemplo, los efectos de un albedo espectralmente sensible se ilustran por las diferencias entre el albedo espectralmente ponderada de tecnología solar fotovoltaica basada en silicio amorfo hidrogenado (a-Si: H) y silicio cristalino (c-Si) con base en comparación con espectral tradicional predicciones albedo -Integrated. La investigación mostró impactos de más del 10%. Más recientemente, el análisis se extendió a los efectos de sesgo espectral debido a la reflectividad especular de 22 ocurren comúnmente materiales de la superficie (tanto humana a medida y natural) y analiza los efectos de albedo sobre el rendimiento de siete materiales fotovoltaicos que cubren tres topologías de sistemas fotovoltaicos común : industriales (parques solares), tejados planos comerciales y aplicaciones de cubierta a dos aguas residenciales.

árboles

Dado que los bosques generalmente tienen un albedo bajo, (la mayoría de la radiación ultravioleta y espectro visible se absorbe a través de la fotosíntesis ), algunos científicos han sugerido que una mayor absorción de calor de árboles podría compensar algunos de los beneficios de carbono de forestación (o compensar los impactos negativos del clima de la deforestación ). En el caso de los bosques de hoja perenne con la reducción de la capa de nieve estacional albedo puede ser lo suficientemente grande para la deforestación para causar un efecto neto de enfriamiento. Los árboles también tienen un impacto climático de una manera extremadamente complicadas a través de la evapotranspiración . El vapor de agua causa enfriamiento en la superficie de la tierra, provoca el calentamiento donde se condensa, actúa una fuerte gas de efecto invernadero, y puede aumentar albedo cuando se condensa en nubes Los científicos generalmente tratar evapotranspiración como un impacto enfriamiento neto, y el impacto climático neto de albedo y la evapotranspiración cambios de la deforestación depende en gran medida del clima local

En zonas estacionalmente cubiertos de nieve, invierno albedos de áreas sin árboles son de 10% a 50% más alto que las zonas boscosas cercanas porque la nieve no cubre los árboles tan fácilmente. Árboles de hoja caduca tienen un valor de albedo de 0,15 a 0,18, mientras que los árboles de coníferas tienen un valor de aproximadamente 0,09 a 0,15.

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

Agua

La reflectividad de agua suave a 20 ° C (índice de refracción = 1,333)

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

En la escala de la longitud de onda de la luz incluso el agua ondulado es siempre liso para que la luz se refleja en un nivel local de forma especular (no difusa ). El destello de luz agua fuera es un efecto común de este. En pequeños ángulos de incidencia de luz, ondulación resultados en la reducción reflectividad debido a la pendiente de la curva de reflectividad-vs.-incidente de ángulo y un ángulo de incidencia promedio aumentado localmente.

A pesar de que la reflectividad del agua es muy baja en ángulos bajos y medios de la luz incidente, se hace muy alta a altos ángulos de luz incidente como los que ocurren en el lado iluminado de la Tierra cerca del terminador (por la mañana temprano, a finales de la tarde, y cerca los polos). Sin embargo, como se mencionó anteriormente, la ondulación provoca una reducción apreciable. Debido a que la luz reflejada especularmente del agua no suele llegar al espectador, el agua es por lo general considera que tiene un albedo muy bajo a pesar de su alta reflectividad a altos ángulos de luz incidente.

Tenga en cuenta que las tapas blancas en ondas miran blanco (y tienen un alto albedo) porque el agua se espuma hasta, por lo que hay muchas superficies de burbujas superpuestas que reflejan, sumando sus reflectividades. Frescos 'black' exposiciones de hielo reflexión de Fresnel. Nieve en la parte superior de este hielo mar aumenta el albedo a 0,9.

nubes

Albedo de las nubes tiene una influencia sustancial en las temperaturas atmosféricas. Diferentes tipos de nubes exhiben diferente reflectividad, teóricamente, que van de albedo de un mínimo de alrededor de 0 a un máximo acercarse a 0,8. "En un día cualquiera, aproximadamente la mitad de la Tierra está cubierta por las nubes, que reflejan más luz solar que la tierra y el agua. Las nubes mantener la tierra fresca reflejando la luz solar, pero también puede servir como mantas para atrapar el calor."

Albedo y el clima en algunas zonas se ven afectados por las nubes artificiales, tales como los creados por las estelas de tráfico pesado avión comercial. Un estudio después de la quema de los campos petroleros de Kuwait durante la ocupación iraquí mostró que temperaturas por debajo de los incendios de petróleo en llamas eran tanto como 10 ° C más fría que la temperatura a varias millas de distancia bajo un cielo despejado.

efectos de los aerosoles

Aerosoles (partículas muy finas / gotitas en la atmósfera) tienen efectos directos e indirectos sobre el balance radiativo de la Tierra. El (albedo) efecto directo es generalmente para enfriar el planeta; el efecto indirecto (las partículas actúan como núcleos de condensación y por lo tanto cambian propiedades de las nubes) es menos seguro. De acuerdo con los efectos son los siguientes:

  • Aerosol efecto directo. Aerosoles dispersan y absorben la radiación directa. La dispersión de la radiación provoca enfriamiento atmosférico, mientras que la absorción puede causar calentamiento de la atmósfera.
  • Aerosol efecto indirecto. Los aerosoles modifican las propiedades de las nubes a través de un subconjunto de la población aerosol llamado núcleos de condensación . El aumento de las concentraciones de núcleos de plomo a un aumento de las concentraciones de Número de nube de gotitas, que a su vez conduce a un aumento de albedo nube, aumento de la dispersión de la luz y el enfriamiento radiativo ( efecto primera indirecta ), sino que también conduce a la reducción de la eficiencia de la precipitación y la mayor vida útil de la nube ( efecto segunda indirecto ) .

El carbono negro

Otro efecto albedo relacionada en el clima es de carbono negro partículas. La magnitud de este efecto es difícil de cuantificar: el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático estima que el forzamiento radiativo medio mundial de aerosoles de carbono negro procedentes de combustibles fósiles es 0,2 W m -2 , con un rango de +0,1 a +0,4 W m -2 . El carbono negro es una causa mayor de la fusión de la capa de hielo polar en el Ártico que el dióxido de carbono debido a su efecto sobre el albedo.

Actividades humanas

Las actividades humanas (por ejemplo, la deforestación, la agricultura y urbanización) cambian el albedo de diversas áreas en todo el mundo. Sin embargo, la cuantificación de este efecto en la escala mundial es difícil.

Otros tipos de albedo

Albedo Single-dispersión se utiliza para definir la dispersión de las ondas electromagnéticas en partículas pequeñas. Depende de las propiedades del material ( índice de refracción ); el tamaño de la partícula o partículas; y la longitud de onda de la radiación entrante.

Ver también

referencias

enlaces externos