1 Straling Inleiding Atmosfeer College 6 Inleiding Atmosfeer College 6

2 Straling INHOUD COLLEGE : Inleiding 1. Inleiding 2. Stralingswetten 3. Extinctie: absorptie en verstrooiing 4. Kortgolvige straling 5. Langgolvige straling 6. Netto straling en energiebalans 7. Toepassingen, onderzoek

3 Straling Overzicht EM-straling 1. Inleiding

4 Straling Zwarte straler: Wet van Planck Een zwarte straler: - zendt bij elke golflengte het maximum uit - absorbeert bij elke golflengte maximaal 2. Stralingswetten M b,  : monochromatische emittantie J s -1 m -2  m -1 W m -2  m -1

5 Zwarte straler: Wet van Stefan-Boltzmann 2. Stralingswetten Totale straling (over alle ): M b =  T 4 Straling

6 Planck-curves bij verschillende temperaturen 2. Stralingswetten Golflengte waarbij curve maximum heeft: max T = c Zwarte straler: Wet van Wien

7 Straling 2. Stralingswetten Zwarte straler: Wet van Wien

8 Straling Selectieve straler 2. Stralingswetten Golflengte Intensiteit ε≈1 ε≈0,4 Emissiecoefficient  = M /M b, Bij elke golflengte wordt een fractie (0-1) van het maximum uitgezonden

9 Straling Selectieve straler 2. Stralingswetten Natrium lampen: alleen straling bij en nm

10 Straling Absorptie, reflectie en transmissie 2. Stralingswetten a + r +  = 1 a : absorptie r : reflectie  : transmissie

11 Straling Absorptie, reflectie en transmissie 2. Stralingswetten Transmissie (links) en reflectie (rechts) van zonlicht in het groene deel van het spectrum PAR: blauw en rood licht wordt geabsorbeerd groen licht wordt niet gebruikt: transmissie of reflectie. PAR= Photosynthetically active radiation

12 Straling Wet van Kirchhoff 2. Stralingswetten  = a Zwarte straler Grijze straler T = T Twee stralers in thermodynamisch evenwicht

13 Straling Scheiding van golflengte-gebieden 2. Stralingswetten

14 Straling Absorptie door de atmosfeer 3. Extinctie: absorptie en verstrooiing

15 Straling Verstrooiing 3. Extinctie: absorptie en verstrooiing Mie verstrooiing Rayleigh verstrooiing Geometrische verstrooiing

16 Straling Verstrooiing 3. Extinctie: absorptie en verstrooiing Rayleigh verstrooiing Mie verstrooiing Geometrische verstrooiing

17 Straling Straling aan rand atmosfeer 4. Kortgolvige straling S 0 : zonneconstante hoeveelheid zonlicht (W m -2 ) - loodrecht op zonnestralen - op gemiddelde afstand zon-aarde (r ZA ) r : actuele afstand zon-aarde (kwadratenwet) r ZA : gemiddelde afstand zon-aarde =150  10 9 m =150 Gm z : zenithhoek afhankelijk van - dag van het jaar (declinatie) - geografische breedte - tijdstip van de dag (niet van belang bij dagsom) S 0 =1368 Wm -2

18 Effect ellipticiteit aardbaan 4. Kortgolvige straling Straling Apihelium: 4 jul. Perihelium: 3 jan.

19 Effect ellipticiteit aardbaan 4. Kortgolvige straling Straling

20 Straling Kwadratenwet 4. Kortgolvige straling Intensiteit  1/r 2

21 Straling Effect geografische breedte 4. Kortgolvige straling

22 Straling MODIS Aqua 7. Toepassingen, onderzoek Bosbranden in West Afrika, 9 maart 2008

23 Straling Seizoensinvloeden 4. Kortgolvige straling

24 Straling 4. Kortgolvige straling Verdeling zonnestraling (Angot waarden)

25 Straling Kortgolvige straling in de atmosfeer 4. Kortgolvige straling Waarden zijn gemiddelden over: - Een heel jaar - De hele aarde

26 Rand atmosfeer Globaal Direct Diffuus Straling aan aardoppervlak bij onbewolkte hemel Luchtmassa = 1.5  z = 48  Straling 4. Kortgolvige straling

27 Straling Model voor stralingsberekeningen 5. Langgolvige straling

28 Straling Globale stralingsbalans 6. Netto straling en energiebalans

29 Straling 6. Netto straling en energiebalans Netto straling Netto straling: Q 0 * = K 0  - K 0  - L 0  Aarde total (%): 0 = Stralingsbalans: ja Energiebalans: ja Netto straling: Q* = K  - K  + L  - L  Aardopp total (%): 29 = Stralingsbalans: nee Energiebalans: ja

30 Straling 6. Netto straling en energiebalans Kortgolvig & Langgolvig Alleen Langgolvig Straling: dag en nacht

31 6. Netto straling en energiebalans Straling KK KK LL LL Q*

32 Straling Energiebalans aan aardoppervlak 6. Netto straling en energiebalans Overdag - alles positief ‘s Nachts - alles negatief

33 Straling Zonaal gemiddelde stralingsbalans 6. Netto straling en energiebalans

34 Straling Netto straling aarde + atmosfeer 6. Netto straling en energiebalans Net radiation (Q* 0 ) TOA (W m -2 ) NASA ERBE (Earth Radiation Budget Experiment)

35 Straling Uitgaande langgolvige straling 6. Netto straling en energiebalans OLR outgoing longwave radiation (L  0 ) TOA (W m -2 ) NASA ERBE (Earth Radiation Budget Experiment)

36 Straling Albedo aarde + atmosfeer 6. Netto straling en energiebalans Albedo (A) TOA (%) NASA ERBE (Earth Radiation Budget Experiment)

37 Straling Meteosat 8 7. Toepassingen, onderzoek Kanalen en toepassingen KanaalBandGolflengteToepassingen 1VIS Oppervlak, wolken, wind 2VIS Oppervlak, wolken, wind 3NIR Oppervlak, wolkenfase 4IR Oppervlak, wolken, wind 5WV Waterdamp, hoge wolken, stabiliteit 6WV Waterdamp, stabiliteit 7IR Oppervlak, wolken, stabiliteit 8IR Ozon 9IR Oppervlak, wolken, wind, stabiliteit 10IR Oppervlak, wolken, stabiliteit 11IR Cirrus wolkenhoogte, stabiliteit 12HRVBreed ( )Oppervlak, wolken

38 Channel 1 (VIS 0.6) Channel 2 (VIS 0.8) Channel 3 (NIR 1.6) Channel 4 (IR 3.9) Channel 5 (WV 6.2) Channel 6 (WV 7.3) Channel 7 (IR 8.7) Channel 8 (IR 9.7) Channel 9 (IR 10.8) Channel 10 (IR 12) Channel 11 (IR 13.4) Comp. R(3), G(2), B(1) Channel 1 (VIS 0.6) Channel 2 (VIS 0.8) Channel 3 (NIR 1.6) Channel 4 (IR 3.9) Channel 5 (WV 6.2) Channel 6 (WV 7.3) Channel 7 (IR 8.7) Channel 8 (IR 9.7) Channel 9 (IR 10.8) Channel 10 (IR 12) Channel 11 (IR 13.4) Comp. R(3), G(2), B(1) Channel 1 (VIS 0.6) Channel 2 (VIS 0.8) Channel 3 (NIR 1.6) Channel 4 (IR 3.9) Channel 5 (WV 6.2) Channel 6 (WV 7.3) Channel 7 (IR 8.7) Channel 8 (IR 9.7) Channel 9 (IR 10.8) Channel 10 (IR 12) Channel 11 (IR 13.4) Comp. R(3), G(2), B(1) Channel 1 (VIS 0.6) Channel 2 (VIS 0.8) Channel 3 (NIR 1.6) Channel 4 (IR 3.9) Channel 5 (WV 6.2) Channel 6 (WV 7.3) Channel 7 (IR 8.7) Channel 8 (IR 9.7) Channel 9 (IR 10.8) Channel 10 (IR 12) Channel 11 (IR 13.4) Comp. R(3), G(2), B(1) Channel 1 (VIS 0.6) Channel 2 (VIS 0.8) Channel 3 (NIR 1.6) Channel 4 (IR 3.9) Channel 5 (WV 6.2) Channel 6 (WV 7.3) Channel 7 (IR 8.7) Channel 8 (IR 9.7) Channel 9 (IR 10.8) Channel 10 (IR 12) Channel 11 (IR 13.4) Comp. R(3), G(2), B(1) Channel 1 (VIS 0.6) Channel 2 (VIS 0.8) Channel 3 (NIR 1.6) Channel 4 (IR 3.9) Channel 5 (WV 6.2) Channel 6 (WV 7.3) Channel 7 (IR 8.7) Channel 8 (IR 9.7) Channel 9 (IR 10.8) Channel 10 (IR 12) Channel 11 (IR 13.4) Comp. R(3), G(2), B(1) Channel 1 (VIS 0.6) Channel 2 (VIS 0.8) Channel 3 (NIR 1.6) Channel 4 (IR 3.9) Channel 5 (WV 6.2) Channel 6 (WV 7.3) Channel 7 (IR 8.7) Channel 8 (IR 9.7) Channel 9 (IR 10.8) Channel 10 (IR 12) Channel 11 (IR 13.4) Comp. R(3), G(2), B(1) Channel 1 (VIS 0.6) Channel 2 (VIS 0.8) Channel 3 (NIR 1.6) Channel 4 (IR 3.9) Channel 5 (WV 6.2) Channel 6 (WV 7.3) Channel 7 (IR 8.7) Channel 8 (IR 9.7) Channel 9 (IR 10.8) Channel 10 (IR 12) Channel 11 (IR 13.4) Comp. R(3), G(2), B(1) Channel 1 (VIS 0.6) Channel 2 (VIS 0.8) Channel 3 (NIR 1.6) Channel 4 (IR 3.9) Channel 5 (WV 6.2) Channel 6 (WV 7.3) Channel 7 (IR 8.7) Channel 8 (IR 9.7) Channel 9 (IR 10.8) Channel 10 (IR 12) Channel 11 (IR 13.4) Comp. R(3), G(2), B(1) Channel 1 (VIS 0.6) Channel 2 (VIS 0.8) Channel 3 (NIR 1.6) Channel 4 (IR 3.9) Channel 5 (WV 6.2) Channel 6 (WV 7.3) Channel 7 (IR 8.7) Channel 8 (IR 9.7) Channel 9 (IR 10.8) Channel 10 (IR 12) Channel 11 (IR 13.4) Comp. R(3), G(2), B(1) Channel 1 (VIS 0.6) Channel 2 (VIS 0.8) Channel 3 (NIR 1.6) Channel 4 (IR 3.9) Channel 5 (WV 6.2) Channel 6 (WV 7.3) Channel 7 (IR 8.7) Channel 8 (IR 9.7) Channel 9 (IR 10.8) Channel 10 (IR 12) Channel 11 (IR 13.4) Comp. R(3), G(2), B(1) Channel 1 (VIS 0.6) Channel 2 (VIS 0.8) Channel 3 (NIR 1.6) Channel 4 (IR 3.9) Channel 5 (WV 6.2) Channel 6 (WV 7.3) Channel 7 (IR 8.7) Channel 8 (IR 9.7) Channel 9 (IR 10.8) Channel 10 (IR 12) Channel 11 (IR 13.4) Comp. R(3), G(2), B(1) 7. Toepassingen, onderzoek Meteosat 8

39 Straling Meteosat 8 7. Toepassingen, onderzoek Kanaal 9: IR10.8 Squall line over West Afrika, 14 juli 2003

40 Straling MODIS Aqua 7. Toepassingen, onderzoek Bosbranden in West Afrika, 9 maart 2008 Sierra Leone Liberia Guinee Ivoorkust