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Insolation

Storyboard

Die Sonnenstrahlung, die die Atmosphäre der Erde erreicht, weist ein Spektrum auf, das auf die sichtbare Wellenlänge ausgerichtet ist. Wenn das Licht in die Atmosphäre eindringt, interagiert es mit Wassermolekülen und anderen Gasen, wodurch ein Teil seiner Intensität verloren geht. Dieses Phänomen kann effektiv mit einem Abschwächungsfaktor modelliert werden, der mit der Intensität multipliziert wird und von dieser Interaktion abhängt.

>Modell

ID:(59, 0)

Richtung der Sonne

Gleichung

>Top, >Modell

Nachdem wir den Zenitwinkel ($\theta_z$, dargestellt durch ein rotes LEGO®-Stück) und den Azimutwinkel ($\theta_a$, dargestellt durch ein blaues LEGO®-Stück) berechnet haben, können wir den Einheitsvektor ($\hat{n}$, dargestellt durch ein graues LEGO®-Stück) konstruieren, der von der Zeit abhängt ($t$, dargestellt durch ein weißes LEGO®-Stück):

Mathematisch kann der Einheitsvektor wie folgt geschrieben werden:

$ \hat{n} = (\sin \theta_z \sin \theta_a ,\sin \theta_z \cos \theta_a ,\cos \theta_z )$

ID:(611, 0)

Atmosphärenabdeckung

Bild

>Top

Die Menge des Lichts, die die Oberfläche der Erde erreicht, hängt von der Wolkenbedeckung ($\gamma_v$, dargestellt durch ein graues LEGO-Stück) ab. Diese Bewölkung ist mit der Breitengrad ($\theta_s$, dargestellt durch ein rosa LEGO-Stück), Längengrad ($\varphi_s$, dargestellt durch ein hellrosa LEGO-Stück) und der Zeit ($t$, dargestellt durch ein weißes LEGO-Stück) verknüpft. Vom Weltraum aus können diese Bereiche als weiße Zonen beobachtet werden, die den Wolken entsprechen:

In diesem Bild wird eine Bewölkungskarte der NASA angezeigt, aber es gibt auch andere Quellen für Bewölkungsdaten. Die für solche Darstellungen verwendeten Daten haben in der Regel eine Auflösung von 5 x 5 Kilometern für verschiedene Regionen und werden stündlich aktualisiert.

ID:(678, 0)

Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche

Gleichung

>Top, >Modell

Mit der Intensität des Sonnenlichts ($I_s$, dargestellt durch ein orangefarbenes LEGO®-Stück), das durch die Atmosphäre mit Wolkenbedeckung ($\gamma_v$, dargestellt durch ein graues LEGO®-Stück) in eine bestimmte Richtung ($\hat{n}$, dargestellt durch ein dunkelgraues LEGO®-Stück) gelangt, um die Oberfläche zu erreichen ($I_c$, dargestellt durch ein gelbes LEGO®-Stück):

Die Intensität an der Oberfläche kann berechnet werden, indem man die Intensität des Sonnenlichts mit eins minus der Wolkenbedeckung multipliziert:

$ I_c = (1- \gamma_v ) I_s $

ID:(679, 0)

Anweisungen für Strahlung, die die Atmosphäre durchdringt

Bild

>Top

Wenn wir alle Prozesse im Zusammenhang mit der Strahlung berücksichtigen, die durch die Atmosphäre dringt, erhalten wir eine Anleitung im folgenden Format:

In diesem Fall sind die folgenden Berechnungen identifiziert:

1. Zeitliche Abdeckung für Breitengrad und Längengrad.

2. Intensität des Lichts nach dem Durchqueren der Atmosphäre.

3. Einheitsvektor, der auf die Position der Sonne zeigt.

ID:(610, 0)