Meteo: l’irraggiamento solare

Il nostro appuntamento settimanale con il Centro funzionale della Regione autonoma Valle d’Aosta ci porta a Valsavarenche, per parlare del soleggiamento e di radiazione solare e terrestre (e l’importanza che hanno per il nostro pianeta).

Con soleggiamento o insolazione, si intende l’intervallo di tempo di esposizione ai raggi del sole e, nel caso delle centraline meteo, si intende quanti minuti all’ora si è esposti. Il termine radiazione è utilizzato per indicare l’insieme di fenomeni di trasporto di energia nello spazio come la luce e il calore. La variazione solare è l’energia emessa dal sole a partire dalle reazioni termonucleari di fusione che avvengono nel nucleo, producono reazioni elettromagnetiche che poi si propagano nello spazio alla velocità della luce, di circa 300mila km al secondo, in una particolare frequenza e lunghezza d’onda. Le particelle che compongono la radiazione sono i fotoni e, una volta venuti a contatto con la materia, possono cedere a questa la propria energia cinetica sotto forma di energia termica e luminosa, causando un aumento locale di temperatura.

Questo è sfruttato, per esempio, nel riscaldamento dei pannelli solari.

La quantità totale di radiazione emessa dal sole in unità di tempo e unità di superficie, misurata alle soglie esterne dell’atmosfera, ha un valore che è quasi costante nel tempo ed è detta costanza solare. È pari a 1366 watt su m2. Nell’attraversare l’atmosfera, la radiazione subisce fenomeni di: flessione, rifrazione, assorbimento e diffusione, ad opera dei vari gas atmosferici, questo in misura variabile in misura della frequenza.

Mentre se con radiazione diretta si intende quella che giunge con definito e unico angolo di incidenza direttamente dal sole, la radiazione diffusa detta anche indiretta rappresenta quella parte che arriva comunque al suolo dopo aver colpito almeno una particella cambiando angolo di incidenza. La radiazione indiretta aumenta quando il cielo è nuvoloso.

Questi piccoli pacchetti di energia che la terra riceve dal sole si distribuiscono su una superficie che è quattro volte quella di un cerchio di raggio uguale alla terra, permettendo la presenza della vita sul nostro pianeta.

La disomogenea distribuzione di questa energia sulle diverse aree della terra, maggiore all’equatore e minore nelle zone polari, determina poi tutti i movimenti sia orizzontali sia verticali delle masse d’aria.

Il sole emette onde elettromagnetiche a tutte le frequenze e questo è uno spettro continuo. La luce che emette e bianca, cioè deriva da tutto l’insieme di tutti i colori visibili. Le onde solari con intensità maggiore sono comunque le onde corte, di 0,5 micron. Il sole emette onde non visibili all’occhio umano, come gli ultravioletti e gli infrarossi. La parte ultravioletta della radiazione solare, che è dannosa per l’uomo, è assorbita dall’ozono nella stratosfera e proprio a causa di queste reazioni, in questa regione dell’atmosfera che si trova a circa 40-50 km di altitudine, troviamo delle temperature elevate, paragonabili a quelle che ci sono sulla superficie della terra. La terra emette sopratutto onde lunghe o infrarossi, fra i 3 e gli 80 micron, che non sono visibili.

Vediamo ora come le radiazioni influiscono nel riscaldamento del nostro pianeta. Nella troposfera, l’aria non assorbe direttamente la radiazione solare mentre il terreno sì. La terra si scalda quindi dal basso. Dal terreno, questo calore è portato verso l’atmosfera a causa flussi di calore sensibili dai flussi di calore latente e dalla radiazione. Con flusso di calore sensibile s’intende che il suolo dà calore all’aria sovrastante a diretto contatto, mediante la turbolenza i moti convettivi. Questo calore raggiunge gli strati alti dell’atmosfera. Il calore latente consiste invece nell’energia consumata per evaporazione e che è liberata nell’atmosfera dopo la condensazione o la sublimazione. Poi, al contrario della radiazione solare, buona parte della radiazione infrarossi emessa dalla terra è assorbita dall’atmosfera grazie ai gas serra in essa presenti, in primis l’anidride carbonica, il vapore acqueo e il metano.

Come già ricordato in un precedente appuntamento, se non ci fosse quest’effetto serra la temperatura media della superficie della terra sarebbe di -18 invece che +15 gradi. L’assorbimento della radiazione infrarosso emessa dalla terra riguarda prima gli strati prossimi al suolo e poi i successivi, che sono più distanti, ed è tanto maggiore quando è maggiore la densità dell’aria, che è massima nei bassi strati. Quindi, per tutti questi motivi che abbiamo visto, salendo di quota fa più freddo.

In più, dobbiamo tenere presente che una massa d’aria forzata a salire si espande e, di conseguenza, si raffredda. Una importante conseguenza del diverso assorbimento in funzione della lunghezza d’onda è legata al comportamento della presenza della neve al suolo. La neve, sopratutto quando è fresca, riflette la maggior parte della radiazione solare a onda corta, motivo per cui ci pare bianca, mentre assorbe quasi del tutto la radiazione a onde lunghe emessa dalle nuvole o dal terreno. Per questo motivo fonde molto più rapidamente in una giornata nuvolosa, sempre che la temperatura sia superiore allo zero. Inoltre la neve riceve la radiazione a onda lunga, emessa dalle case e dagli alberi (in generale da tutti gli oggetti) e quindi nella loro vicinanza fonde prima.

Parliamo di albedo. Il termine albedo deriva da Albedo-bianchezza che, se riferito a una superficie, indica una frazione di luce o radiazione incidente che è riflessa in tutte le direzioni. Indica dunque il potere riflettente di una superficie riferito generalmente alla luce visibile, può quindi influenzare notevolmente la temperatura di un corpo. L’aldedo massima è uno, quando la luce massima è riflessa, e la minima è zero, quando nessuna luce è riflessa. In termini di luce visibile, il primo caso è quello del corpo bianco e il secondo quello del corpo nero. Abbiamo visto che la neve riflette bene la radiazione solare, infatti l’albedo della neve arriva fino a 1,9; il carbone ha un’albedo molto bassa, come una lavagna.

L’albedo la si può anche misurare in percentuale: dire che la terra ha un’albedo media vicino allo 0,4 equivale dire che si avvicina al 40%.

Chiudiamo quest’appuntamento parlando di un fenomeno ottico che tutti conosciamo dovuto proprio alla radiazione solare: l’arcobaleno. Esso avviene con gocce di acqua nell’aria e luce solare che brilla da dietro l’osservatore, aduna bassa altitudine o angolo. Il fenomeno è dovuto a due effetti ottici: la rifrazione dei raggio del sole quando entrano e quando escono da una goccia d’acqua, unito alla riflessione che i raggi subiscono una o due volte sulla superficie interna della goccia. Come conseguenza, la luce bianca è decomposta dai suoi colori spettrali, regalando lo spettacolo dell’arcobaleno.

Scritto da bobine.tv

Pubblicato / aggiornato il 30/01/2021 alle 20:30
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Categoria: Cultura / Video