lezione 3

Capitolo 4. L’Insolazione e la
Temperatura.
L’energia di cui dispone la popolazione umana deriva direttamente o indirettamente
dal Sole.
Il Sole emette costantemente una radiazione di tipo elettromagnetico (campo elettrico
associato a campo magnetico) distribuita su una vasta banda dello spettro,
dall’ultravioletto (onde corte) all’infrarosso (onde lunghe)
La radiazione solare si distribuisce su una larga banda dello spettro elettromagnetico,
ma dato che la parte esterna del sole ha una temperatura di circa 6000°K, il 99% della
radiazione avviene fra 0,17 e 4 micron con intensità massima nella parte centrale del
visibile (0,4-0,7)
Relazione inversa fra temperatura e lunghezza d’onda
La Terra riceve energia dal Sole, la assorbe e la converte in calore ed emette
anch’essa energia
Costante solare:
quantità di energia
in arrivo al limite
superiore dell’atmosfera:
2 calorie/cm2/minuto =
2 langley/minuto =
1,4 kw/m2 =
720 calorie al giorno
IRRAGGIAMENTO (l’energia è trasmessa
sotto forma di onde elettromagnetiche
anche in assenza di materia)
CONDUZIONE (molecole a più elevata
energia cinetica urtando molecole ad
energia cinetica minore, cedono parte della
loro energia)
CONVEZIONE (fluidi con caratteristiche
termiche diverse si muovono l’uno rispetto
all’altro per gravità, tendendo all’equilibrio
termico)
DIFFUSIONE (l’energia viene reirradiata in
tutte le direzioni con la stessa lunghezza
d’onda della radiazione incidente)
Qualsiasi corpo, purché a temperatura
diversa dallo zero assoluto, emette
radiazioni elettromagnetiche. L’energia
emessa è proporzionale alla quarta potenza
della temperatura assoluta del corpo (legge
di Stefan-Boltzmann)
E = T4
L’intensità massima di emissione si ha in
corrispondenza di una particolare
lunghezza d’onda (legge di Wien)
λmax = 3.10-3 m/T
Più caldo è un oggetto, più corta è la
lunghezza d’onda a cui emetterà
radiazione
RIFLESSIONE (l’energia non viene
assorbita ma rinviata con un angolo
uguale all’angolo di incidenza)
Una parte della radiazione solare
viene assorbita dall’atmosfera, una
parte è dispersa e diffusa
nell’atmosfera, una parte è
intercettata e riflessa dalle nubi
Nel complesso la superficie della
Terra riceve il 51% della radiazione
emessa dal Sole (insolazione) e in
arrivo al limite superiore
dell’atmosfera
Un parte viene riflessa dalla
superficie terrestre (albedo)
Percentuale effettivamente
ricevuta dal pianeta: 49%
SENZA EFFETTO SERRA
LA TEMPERATURA MEDIA
SAREBBE -18° INVECE DI +14°
L’atmosfera lascia passare
senza perdite sensibili le
radiazioni luminose solari
(onda corta), ma intercetta
le radiazioni termiche terrestri
(onda lunga). Ciò è dovuto
principalmente alla presenza
del vapor d’acqua e della CO2
(effetto serra, già noto dalla
fine del XIX secolo).
Tema attuale: intensificazione dell’effetto serra per cause antropiche
BILANCIO
ENERGETICO
Radiazione solare in arrivo:
(100%, 342 W/mq)
Il 22% (77 W/mq) della
radiazione solare in arrivo
viene riflesso direttamente
dalle nubi; il 9% (30 W/mq)
viene riflesso dalla superficie.
La somma (31%, 107 W/mq)
costituisce l’albedo del sistema
Terra-atmosfera.
Il restante 69% viene assorbito dall’atmosfera (20%, 67 W/mq) e dalla superficie terrestre (49%, 168
W/mq) e viene utilizzato per elevarne la sua temperatura.
La Terra, come qualunque corpo caldo, riemette come radiazioni infrarosse una quantità di energia pari
a queste ultime due frazioni (67 +168 = 235 W/mq).
Se non intervenissero altri fenomeni la temperatura media della Terra sarebbe -18°C.
In realtà vengono emessi 492 W/mq (390 + 102) rispetto a 168; la differenza (324) è la
controradiazione determinata dai gas serra (CO2, CH4, H20, etc.) che sono opachi rispetto alla
radiazione nella banda dell’infrarosso emessa dalla Terra (effetto serra)
Influenza dei fattori geografici nella distribuzione
della radiazione solare
Angolo di incidenza
Differenza termica solido-liquido
Esposizione dei versanti
Copertura vegetale
CALORE SPECIFICO: quantità di energia necessaria per alzare di 1°C la temperatura
di un grammo di una sostanza
Calore specifico dell’acqua 2,5 volte superiore a quello della roccia
Penetrazione maggiore nell’acqua
Mobilità dell’acqua
La AWS Gigante-OSRAM a Punta Helbronner
CNR1 net
radiometer
Thermo- hygrometer
Sonic ranger to measure snow depth
40 W solar panel and a lead battery 12Ah
Data logger E-log + modem GSM+
barometer
Albedo della superficie del ghiacciaio durante l’estate 2008
900
800
y = 0.6069x
R2 = 0.8561
700
600
500
SW out
(w/m2)
400
300
200
100
0
0
200
400
600
800
2
SW in (w/m )
1000
1200
1400
Temperature medie
al livello del mare
in gennaio
Temperature medie
al livello del mare
in luglio
Rappresentazione mediante isoterme
Equatore termico: isoterma che unisce tutti i punti che hanno
la temperatura più elevata