IlluminazioneModifica
L’albedo non dipende direttamente dall’illuminazione perché cambiando la quantità di luce in entrata cambia proporzionalmente la quantità di luce riflessa, tranne nelle circostanze in cui un cambiamento di illuminazione induce un cambiamento nella superficie terrestre in quel luogo (ad esempio attraverso lo scioglimento del ghiaccio riflettente). Detto questo, l’albedo e l’illuminazione variano entrambi in base alla latitudine. L’albedo è più alto vicino ai poli e più basso nei subtropici, con un massimo locale ai tropici.
Effetti dell’insolazioneModifica
L’intensità degli effetti dell’albedo sulla temperatura dipende dalla quantità di albedo e dal livello di insolazione locale (irradiazione solare); le aree ad alto albedo nelle regioni artiche e antartiche sono fredde a causa della bassa insolazione, mentre aree come il deserto del Sahara, che hanno anche un albedo relativamente alto, saranno più calde a causa dell’alta insolazione. Le aree di foresta pluviale tropicale e sub-tropicale hanno una bassa albedo, e sono molto più calde delle loro controparti di foresta temperata, che hanno una minore insolazione. Poiché l’insolazione gioca un ruolo così importante negli effetti di riscaldamento e raffreddamento dell’albedo, le aree ad alta insolazione come i tropici tenderanno a mostrare una fluttuazione più pronunciata nella temperatura locale quando l’albedo locale cambia.
Le regioni artiche in particolare rilasciano più calore nello spazio di quello che assorbono, raffreddando effettivamente la Terra. Questo è stato un problema da quando il ghiaccio artico e la neve si sono sciolti a tassi più elevati a causa delle temperature più alte, creando regioni artiche che sono notevolmente più scure (essendo l’acqua o il terreno di colore più scuro) e riflettono meno calore nello spazio. Questo ciclo di feedback si traduce in un effetto albedo ridotto.
Clima e meteoModifica
Albedo influenza il clima determinando quanta radiazione assorbe un pianeta. Il riscaldamento ineguale della Terra dalle variazioni di albedo tra le superfici terrestri, ghiacciate o oceaniche può determinare il clima.
Feedback albedo-temperaturaModifica
Quando l’albedo di un’area cambia a causa delle nevicate, si verifica un feedback neve-temperatura. Uno strato di neve aumenta l’albedo locale, riflettendo la luce del sole, portando ad un raffreddamento locale. In linea di principio, se nessun cambiamento di temperatura esterna influisce su quest’area (ad esempio, una massa d’aria calda), l’albedo aumentata e la temperatura più bassa manterrebbero la neve attuale e inviterebbero ulteriori nevicate, approfondendo il feedback neve-temperatura. Tuttavia, poiché il tempo locale è dinamico a causa del cambio di stagione, alla fine le masse d’aria calda e un angolo di luce solare più diretto (maggiore insolazione) causano lo scioglimento. Quando l’area sciolta rivela superfici con albedo inferiore, come l’erba, il suolo o l’oceano, l’effetto si inverte: la superficie che si scurisce abbassa l’albedo, aumentando le temperature locali, che inducono più fusione e quindi riducono ulteriormente l’albedo, causando ancora più riscaldamento.
SnowEdit
L’albedo della neve è altamente variabile, da un massimo di 0,9 per la neve appena caduta, a circa 0,4 per la neve in fusione, e fino a 0,2 per la neve sporca. In Antartide l’albedo della neve ha una media di poco più di 0,8. Se un’area marginalmente coperta di neve si riscalda, la neve tende a sciogliersi, abbassando l’albedo, e quindi portando ad una maggiore fusione della neve perché più radiazione viene assorbita dal manto nevoso (il feedback positivo ghiaccio-albedo).
Così come la neve fresca ha un albedo più alto di quello della neve sporca, l’albedo del ghiaccio marino coperto di neve è molto più alto di quello dell’acqua marina. L’acqua di mare assorbe più radiazioni solari di quanto farebbe la stessa superficie coperta di neve riflettente. Quando il ghiaccio marino si scioglie, sia a causa di un aumento della temperatura del mare o in risposta all’aumento della radiazione solare dall’alto, la superficie coperta di neve si riduce, e più superficie di acqua marina è esposta, quindi il tasso di assorbimento di energia aumenta. L’energia extra assorbita riscalda l’acqua di mare, che a sua volta aumenta il tasso di fusione del ghiaccio marino. Come nell’esempio precedente dello scioglimento della neve, il processo di fusione del ghiaccio marino è quindi un altro esempio di feedback positivo. Entrambi i cicli di feedback positivo sono stati riconosciuti da tempo come importanti per il riscaldamento globale.
La crioconite, polvere soffiata dal vento contenente fuliggine, a volte riduce l’albedo su ghiacciai e lastre di ghiaccio.
La natura dinamica dell’albedo in risposta al feedback positivo, insieme agli effetti di piccoli errori nella misurazione dell’albedo, può portare a grandi errori nella stima dell’energia. Per questo motivo, al fine di ridurre l’errore delle stime energetiche, è importante misurare l’albedo delle aree coperte di neve attraverso tecniche di telerilevamento piuttosto che applicare un singolo valore per l’albedo su ampie regioni.
Effetti su piccola scalaModifica
L’albedo funziona anche su una scala più piccola. Alla luce del sole, i vestiti scuri assorbono più calore e quelli chiari lo riflettono meglio, permettendo così un certo controllo della temperatura corporea sfruttando l’effetto albedo del colore degli abiti esterni.
Effetti solari fotovoltaiciModifica
L’albedo può influenzare la produzione di energia elettrica dei dispositivi solari fotovoltaici. Ad esempio, gli effetti di un albedo spettralmente reattivo sono illustrati dalle differenze tra l’albedo spettralmente ponderato della tecnologia solare fotovoltaica basata sul silicio amorfo idrogenato (a-Si:H) e sul silicio cristallino (c-Si) rispetto alle tradizionali previsioni di albedo integrate nello spettro. La ricerca ha mostrato impatti di oltre il 10%. Più recentemente, l’analisi è stata estesa agli effetti della distorsione spettrale dovuta alla riflettività speculare di 22 materiali di superficie comunemente presenti (sia artificiali che naturali) e analizza gli effetti dell’albedo sulle prestazioni di sette materiali fotovoltaici che coprono tre comuni topologie di sistemi fotovoltaici: industriali (fattorie solari), tetti piatti commerciali e applicazioni residenziali su tetti a falda.
TreesEdit
Perché le foreste hanno generalmente un basso albedo, (la maggior parte dello spettro ultravioletto e visibile viene assorbito attraverso la fotosintesi), alcuni scienziati hanno suggerito che un maggiore assorbimento di calore da parte degli alberi potrebbe compensare alcuni dei benefici del carbonio della forestazione (o compensare gli impatti climatici negativi della deforestazione). Nel caso delle foreste sempreverdi con copertura nevosa stagionale, la riduzione dell’albedo potrebbe essere abbastanza grande da far sì che la deforestazione causi un effetto netto di raffreddamento. Gli alberi hanno anche un impatto sul clima in modi estremamente complicati attraverso l’evapotraspirazione. Il vapore acqueo causa un raffreddamento sulla superficie terrestre, provoca un riscaldamento dove si condensa, agisce come un forte gas serra, e può aumentare l’albedo quando si condensa in nuvole. Gli scienziati generalmente trattano l’evapotraspirazione come un impatto netto di raffreddamento, e l’impatto climatico netto dei cambiamenti di albedo ed evapotraspirazione dovuti alla deforestazione dipende molto dal clima locale.
Nelle zone stagionalmente coperte di neve, l’albedo invernale delle aree prive di alberi è dal 10% al 50% più alto delle vicine aree boschive perché la neve non copre gli alberi così facilmente. Gli alberi decidui hanno un valore di albedo di circa 0,15 a 0,18 mentre le conifere hanno un valore di circa 0,09 a 0,15. La variazione dell’albedo estivo in entrambi i tipi di foresta è correlata ai tassi massimi di fotosintesi perché le piante con un’alta capacità di crescita mostrano una frazione maggiore del loro fogliame per l’intercettazione diretta della radiazione in arrivo nella parte superiore della chioma. Il risultato è che le lunghezze d’onda della luce non utilizzate nella fotosintesi hanno maggiori probabilità di essere riflesse nello spazio piuttosto che essere assorbite da altre superfici più basse nella chioma.
Studi del Centro Hadley hanno studiato l’effetto relativo (generalmente di riscaldamento) del cambiamento di albedo e l’effetto (di raffreddamento) del sequestro di carbonio sulle foreste di impianto. Hanno trovato che le nuove foreste nelle aree tropicali e di media latitudine tendevano a raffreddarsi; le nuove foreste in alte latitudini (ad es, Siberia) erano neutre o forse riscaldanti.
WaterEdit
L’acqua riflette la luce in modo molto diverso dai tipici materiali terrestri. La riflettività di una superficie d’acqua è calcolata usando le equazioni di Fresnel.
Alla scala della lunghezza d’onda della luce anche l’acqua ondulata è sempre liscia così la luce è riflessa in modo localmente speculare (non diffusamente). Il luccichio della luce sull’acqua è un effetto comune di questo. A piccoli angoli di luce incidente, l’ondulazione si traduce in una ridotta riflettività a causa della ripidità della curva riflettività-vs.-incidente-angolo e un angolo medio incidente localmente aumentato.
Anche se la riflettività dell’acqua è molto bassa a bassi e medi angoli di luce incidente, diventa molto alta ad alti angoli di luce incidente come quelli che si verificano sul lato illuminato della Terra vicino al terminatore (prima mattina, tardo pomeriggio, e vicino ai poli). Tuttavia, come menzionato sopra, l’ondulazione causa una riduzione apprezzabile. Poiché la luce riflessa specularmente dall’acqua di solito non raggiunge l’osservatore, l’acqua è solitamente considerata avere un albedo molto basso nonostante la sua alta riflettività ad alti angoli di luce incidente.
Nota che i tappi bianchi sulle onde sembrano bianchi (e hanno un alto albedo) perché l’acqua è schiumata, quindi ci sono molte superfici a bolle sovrapposte che riflettono, sommando le loro riflettività. Il ghiaccio fresco ‘nero’ mostra la riflessione di Fresnel. La neve sopra questo ghiaccio marino aumenta l’albedo a 0.9.
NuvoleModifica
L’albedo delle nuvole ha una sostanziale influenza sulle temperature atmosferiche. Diversi tipi di nuvole mostrano una diversa riflettività, che teoricamente varia in albedo da un minimo di quasi 0 a un massimo che si avvicina a 0,8. “In qualsiasi giorno, circa la metà della Terra è coperta da nuvole, che riflettono più luce solare della terra e dell’acqua. Le nuvole mantengono la Terra fresca riflettendo la luce del sole, ma possono anche servire come coperte per intrappolare il calore.”
Albedo e clima in alcune aree sono influenzati dalle nuvole artificiali, come quelle create dalle scie del traffico pesante degli aerei commerciali. Uno studio che ha seguito l’incendio dei campi petroliferi del Kuwait durante l’occupazione irachena ha mostrato che le temperature sotto i fuochi di petrolio in fiamme erano fino a 10 °C più fredde delle temperature a diverse miglia di distanza sotto un cielo limpido.
Effetti degli aerosolModifica
Gli aerosol (particelle/gocce molto sottili nell’atmosfera) hanno effetti sia diretti che indiretti sul bilancio radiativo della Terra. L’effetto diretto (albedo) è generalmente quello di raffreddare il pianeta; l’effetto indiretto (le particelle agiscono come nuclei di condensazione delle nuvole e quindi cambiano le proprietà delle nuvole) è meno certo. Secondo Spracklen et al. gli effetti sono:
- Effetto diretto degli aerosol. Gli aerosol disperdono e assorbono direttamente la radiazione. La dispersione della radiazione causa il raffreddamento dell’atmosfera, mentre l’assorbimento può causare il riscaldamento dell’atmosfera.
- Effetto indiretto degli aerosol. Gli aerosol modificano le proprietà delle nuvole attraverso un sottoinsieme della popolazione di aerosol chiamato nuclei di condensazione delle nuvole. L’aumento delle concentrazioni dei nuclei porta ad un aumento delle concentrazioni del numero di gocce delle nuvole, che a sua volta porta ad un aumento dell’albedo delle nuvole, ad un aumento dello scattering della luce e al raffreddamento radiativo (primo effetto indiretto), ma porta anche ad una riduzione dell’efficienza delle precipitazioni e ad un aumento della durata della nuvola (secondo effetto indiretto).
Black carbonEdit
Un altro effetto sul clima legato all’albedo è dato dalle particelle di black carbon. La dimensione di questo effetto è difficile da quantificare: l’Intergovernmental Panel on Climate Change stima che il forcing radiativo medio globale per gli aerosol di carbonio nero da combustibili fossili è +0,2 W m-2, con un range da +0,1 a +0,4 W m-2. Il black carbon è una causa maggiore dello scioglimento della calotta polare nell’Artico rispetto all’anidride carbonica a causa del suo effetto sull’albedo.
Attività umaneModifica
Le attività umane (per esempio, deforestazione, agricoltura e urbanizzazione) cambiano l’albedo di varie aree del globo. Tuttavia, la quantificazione di questo effetto su scala globale è difficile, sono necessari ulteriori studi per determinare gli effetti antropogenici.