‌الطاقة الإشعاعية الواصلة إلى أعلى الغلاف الجوي - الجغرافيا المناخية والنباتية

ألوان الطيف التي تظهر عند تحليل هذه الأشعة بواسطة منشور زجاجي أو عند سقوطها على السحب العالية وظهورها بشكل قوس ضوئي ملون يعرف باسم قوس قزح rainbow. وأهم ألوانه هي البنفسجية، والزرقاء، والخضراء والصفراء والحمراء، وإن امتزاج هذه الألوان ببعضها بعد احتجاز بعضها في أعلى الجو مثل بعض الأشعة الزرقاء والأشعة فوق البنفسجية هو الذي يكون ضوء الشمس.

أما من حيث طول الموجات فإن أطول الموجات هي موجات الأشعة تحت الحمراء وطولها 0.7 ميكرون والأشعة الضوئية وطولها 0.7 ميكرون، أما أقصرها فهي الأشعة فوق البنفسجية التي يقل طول موجاتها عن 0.4 ميكرون1، وفيما بين هاتين النهايتين فإن الأشعة المرئية التي يتكون منها ضوء الشمس موجاتها متوسطة. وهي أكثر الأشعة تأثيرًا على حرارة الأرض2. وعندما تصل أشعة الشمس عمومًا إلى سطح الأرض فإنه يمتص بعضًا منها ويحوله من موجات قصيرة إلى طاقة حرارية طويلة الموجات تنتقل وتتوزع رأسيًّا وأفقيًّا لتزود جو الأرض بالوقود اللازم لكل العمليات التي يتضمنها الطقس والمناخ، والتي ينتج عنها تباين الأحوال الحرارية من مكان إلى آخر ومن وقت إلى آخر.

‌

‌حساب الطاقة الإشعاعية الواصلة إلى الأرض

‌

‌الطاقة الإشعاعية الواصلة إلى أعلى الغلاف الجوي

…

3-

2- حساب الطاقة الإشعاعية الواصلة إلى الأرض

أ- الطاقة الإشعاعية الواصلة إلى الغلاف الجوي:

إن معظم الطاقة الإشعاعية التي تنطلق الشمس تكون بشكل موجات كهرومغناطسية تصل إلى أعلى الغلاف الجوي بشكل موجات قصيرة، وتتوقف كميتها على عاملين رئيسيين هما: المعامل الشمسي الثابث solar constant والبعد بين الأرض والشمس، ومن المفروض أن نفس هذه الكمية

هي التي كان من الممكن أن تصل إلى سطح الأرض إذا لم يعترضها الغلاف الجوي.

والمقصود بالمعامل الشمسي الثابت هو الطاقة الإشعاعية التي تقع على 1سم 2 من السطح العلوي للغلاف الجوي إذا ما سقطت عليه بشكل عمودي عندما تكون الأرض واقعة على بعدها المتوسط من الشمس وهو 148 مليون كيلومتر "93 مليون ميل". ومن الحسابات التي أجراها بعض الباحثين تبين أن هذا المعامل الثابت هو 13.94 سعر/ سم 2 / دقيقة1.

ولكن على الرغم من وصف المعامل بأنه ثابت Constant فإنه ليس في الواقع ثابتًا تمامًا بسبب ما يطرأ على سطح الشمس نفسها من تغيرات تترتب عليها تغيرات في الطاقة الإشعاعية المنطلقة منها، وبسبب اختلاف بعد الأرض عن الشمس في الصيف عنه في الشتاء، فالمعروف أن هذا البعد يبلغ أدناه في أول شهر يناير حيث يبلغ 146.4 مليون كيلومتر "91.5 مليون ميل" وعندئذ تكون الشمس في موضع الرأس بالنسبة للأرض Perihelion، ثم يبلغ أقصاه في أول شهر يوليو حيث يبلغ 151.2 مليون كيلومتر "94.5 مليون ميل" وتكون الشمس عندئذ في نقطة الذنب Aphelion، ونتيجة لهذا فإن الطاقة الشمسية التي تصل إلى أعلى جو الأرض تكون في الحالة الأولى أي في يناير 2.01 سعر/ سم 2 / دقيقة2. ومع ذلك فإن هذا الاختلاف ليس له تأثير مناخي يذكر بسبب تدخل العوامل الأخرى التي تؤثر على كمية الأشعة وقوتها وأهمها طول المسافة التي تقطعها الأشعة عند اختراقها للغلاف الجوي، والزاوية التي تسقط بها على الأرض، ودرجة صفاء الجو ومقدار ما به من سحب وغبار وبخار ماء، وطول النهار بالنسبة لطول الليل.

ونظرًا لأن مساحة سطح الكرة تعادل أربعة أمثال مساحة مقطعها العرضي فإن معدل الطاقة الإشعاعية التي تسقط على سطح سنتيمتر مربع من مقطع

أفقي من سطحها في حالة عدم وجود غلاف جوي 0.25 من المعامل الثابت الذي يمثل ما يقع أعلى الغلاف الجوي وهو 1.94 سعر /سم 2 دقيقة أي

شكل"2" كميات الإشعاع التي يتلقاها كل 1سم 2 من السطح العلوي للغلاف الجوي "أو من سطح الأرض إذا افترضنا عدم وجود هذا الغلاف" في فصلي الصيف والشتاء وفي السنة على دوائر العرض المختلفة.

يكون 1.94 ÷ 4= 0.485سعر/ سم 2 / دقيقة1.

ويبين شكل"2" كميات الإشعاع التي يتلقاها كل1سم 2 من السطح العلوي للغلاف الجوي "أو من سطح الأرض إذا افترضنا عدم وجود هذا الغلاف" في فصلي الصيف والشتاء وفي السنة، وذلك على دوائر العرض المختلفة2 ومنه يتبين أن قمة الإشعاع السنوي، توجد على خط الاستواء وأدناها عند القطب، ولكن هذه القمة تتزحزح في فصل الصيف إلى خط عرض 23 ْ، أما في فصل الشتاء فيكون هناك تناقص تدريجي في الإشعاع من خط الاستواء إلى القطب.

ويبين شكل"3" توزيع المعدلات اليومية للإشعاع الشمسي في حالة عدم وجود غلاف جوي على دوائر العرض في تواريخ معينة، وهو يوضح بخطوط "الإشعاع الشمسي المتساوي" المحسوب بالسعرات على كل سنتيمتر مربع

شكل"3"

توزيع المعدلات اليومية للإشعاع الشمسي على دوائر العرض المختلفة على فرض عدم وجود غلاف جوي في تواريخ معينة.

في اليوم. ومن هذا الشكل يتضح أن قمة الإشعاع في فصل الصيف توجد في الأقاليم القطبية وأن حده الأدنى، وهو صفر، يوجد في نفس الأقاليم في الشتاء. وإلى جانب قمة الإشعاع الصيفية القطبية تظهر قمة أخرى ثانوية في نفس الفصل بين دائرتي عرض 40 ْو 50 ْفي نصفي الكرة، كما يمثلها خط الأشعة المتساوي 1000 سعر. وتتميز الأقاليم المحصورة بين المدارين بوجود قمتين للإشعاع نتيجة لتعامد الشمس عليها مرتين في أثناء تحركها نحو الشمال في فصل الصيف "الشمالي" وإلى الجنوب في فصل الشتاء.

ويبن الجدول"1" معدل كمية الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى أعلى الغلاف الجوي "أ" وكمية الإشعاع التي تصل سطح الأرض بعد اختراق الغلاف الجوي "ب" على بعض دوائر العرض في الانقلابين والاعتدالين.

جدول "1" معدل كمية الإشعاع الشمسي التي تصل إلى أعلى الغلاف الجوي "أ" وكمية الإشعاع التي تصل إلى سطح الأرض بعد اختراق هذا الغلاف "ب" على دوائر العرض المختلفة في التواريخ التي تمثل الاعتدالين والانقلابين "بالسعرات/ سم 2 / دقيقة"1.