OświetlenieEdit
Albedo nie jest bezpośrednio zależne od oświetlenia, ponieważ zmiana ilości światła przychodzącego proporcjonalnie zmienia ilość światła odbitego, z wyjątkiem okoliczności, w których zmiana oświetlenia wywołuje zmianę powierzchni Ziemi w danym miejscu (np. poprzez topnienie lodu odbijającego światło). To powiedziawszy, albedo i oświetlenie różnią się w zależności od szerokości geograficznej. Albedo jest najwyższe w pobliżu biegunów, a najniższe w strefie podzwrotnikowej, z lokalnym maksimum w tropikach.
Efekty nasłonecznieniaEdit
Intensywność efektów temperaturowych albedo zależy od ilości albedo i poziomu lokalnego nasłonecznienia (irradiancji słonecznej); obszary o wysokim albedo w regionach arktycznych i antarktycznych są zimne z powodu niskiego nasłonecznienia, podczas gdy obszary takie jak pustynia Sahara, które również mają stosunkowo wysokie albedo, będą gorętsze z powodu wysokiego nasłonecznienia. Tropikalne i subtropikalne lasy deszczowe mają niskie albedo i są znacznie gorętsze niż ich odpowiedniki z lasów umiarkowanych, które mają niższe nasłonecznienie. Ponieważ nasłonecznienie odgrywa tak dużą rolę w ogrzewających i chłodzących efektach albedo, obszary o wysokim nasłonecznieniu, takie jak tropiki, będą miały tendencję do wykazywania wyraźniejszych wahań w lokalnej temperaturze, gdy zmienia się lokalne albedo.
Regiony arktyczne w szczególności uwalniają więcej ciepła z powrotem w przestrzeń niż to, co pochłaniają, skutecznie chłodząc Ziemię. To był niepokój, ponieważ arktyczny lód i śnieg topi się w szybszym tempie z powodu wyższych temperatur, tworząc regiony w Arktyce, które są znacznie ciemniejsze (jest woda lub ziemia, która jest ciemniejszy kolor) i odbija mniej ciepła z powrotem w przestrzeń. Ta pętla sprzężenia zwrotnego skutkuje zmniejszeniem efektu albedo.
Klimat i pogodaEdit
Albedo wpływa na klimat poprzez określenie, ile promieniowania pochłania planeta. Nierównomierne ogrzewanie Ziemi wynikające z różnic albedo pomiędzy powierzchniami lądowymi, lodowymi lub oceanicznymi może wpływać na pogodę.
Sprzężenie zwrotne albedo-temperaturaEdit
Gdy albedo obszaru zmienia się z powodu opadów śniegu, powstaje sprzężenie zwrotne śnieg-temperatura. Warstwa opadów śniegu zwiększa lokalne albedo, odbijając światło słoneczne, co prowadzi do lokalnego ochłodzenia. Zasadniczo, jeśli żadna zmiana temperatury zewnętrznej nie wpływa na ten obszar (np. ciepła masa powietrza), podwyższone albedo i niższa temperatura utrzymują obecny śnieg i zachęcają do dalszych opadów śniegu, pogłębiając sprzężenie zwrotne śnieg-temperatura. Jednakże, ponieważ lokalna pogoda jest dynamiczna ze względu na zmiany pór roku, ostatecznie ciepłe masy powietrza i bardziej bezpośredni kąt padania promieni słonecznych (wyższa insolacja) powodują topnienie. Kiedy topniejący obszar odsłania powierzchnie o niższym albedo, takie jak trawa, gleba lub ocean, efekt jest odwrotny: ciemniejąca powierzchnia obniża albedo, podnosząc lokalne temperatury, co indukuje dalsze topnienie, a tym samym dalsze obniżenie albedo, skutkujące jeszcze większym ogrzewaniem.
SnowEdit
Albedo śniegu jest bardzo zmienne, waha się od tak wysokiego jak 0.9 dla świeżo spadłego śniegu, do około 0.4 dla topniejącego śniegu i tak niskiego jak 0.2 dla brudnego śniegu. Na Antarktydzie albedo śniegu wynosi średnio nieco więcej niż 0,8. Jeśli obszar pokryty śniegiem ociepla się, śnieg ma tendencję do topnienia, obniżając albedo, a tym samym prowadząc do większego topnienia śniegu, ponieważ więcej promieniowania jest absorbowane przez pokrywę śnieżną (dodatnie sprzężenie zwrotne lód-albedo).
Tak jak świeży śnieg ma wyższe albedo niż brudny śnieg, albedo pokrytego śniegiem lodu morskiego jest znacznie wyższe niż wody morskiej. Woda morska pochłania więcej promieniowania słonecznego niż ta sama powierzchnia pokryta odbijającym światło śniegiem. Kiedy lód morski topnieje, albo z powodu wzrostu temperatury morza, albo w odpowiedzi na zwiększone promieniowanie słoneczne z góry, powierzchnia pokryta śniegiem zmniejsza się, a więcej powierzchni wody morskiej jest odsłonięta, więc tempo absorpcji energii wzrasta. Dodatkowa zaabsorbowana energia ogrzewa wodę morską, co z kolei zwiększa tempo topnienia lodu morskiego. Tak jak w przypadku poprzedniego przykładu topnienia śniegu, proces topnienia lodu morskiego jest kolejnym przykładem dodatniego sprzężenia zwrotnego. Obie pętle dodatniego sprzężenia zwrotnego od dawna uznawane są za istotne dla globalnego ocieplenia.
Kryokonit, sproszkowany pył unoszony przez wiatr, zawierający sadzę, czasami zmniejsza albedo na lodowcach i pokrywach lodowych.
Dynamiczna natura albedo w odpowiedzi na dodatnie sprzężenie zwrotne, wraz z efektami małych błędów w pomiarach albedo, może prowadzić do dużych błędów w szacunkach energii. Z tego powodu, w celu zmniejszenia błędów w szacunkach energii, ważne jest, aby mierzyć albedo obszarów pokrytych śniegiem za pomocą technik teledetekcji, zamiast stosować jedną wartość albedo dla rozległych regionów.
Efekty w małej skaliEdit
Albedo działa również w mniejszej skali. W świetle słonecznym, ciemne ubrania pochłaniają więcej ciepła, a jasne lepiej je odbijają, co pozwala na pewną kontrolę temperatury ciała poprzez wykorzystanie efektu albedo koloru odzieży zewnętrznej.
Efekty fotowoltaiczneEdit
Albedo może wpływać na produkcję energii elektrycznej w urządzeniach fotowoltaicznych. Na przykład, skutki widmowo reagującego albedo są zilustrowane różnicami między widmowo ważonym albedo technologii fotowoltaicznej opartej na uwodornionym krzemie amorficznym (a-Si:H) i krzemie krystalicznym (c-Si) w porównaniu z tradycyjnymi przewidywaniami albedo zintegrowanego widmowo. Badania wykazały wpływ ponad 10%. Ostatnio analizę rozszerzono o efekty spektralnego odchylenia wynikającego ze zwierciadlanego odbicia 22 powszechnie występujących materiałów powierzchniowych (zarówno naturalnych, jak i stworzonych przez człowieka) i przeanalizowano wpływ albedo na wydajność siedmiu materiałów fotowoltaicznych obejmujących trzy popularne topologie systemów fotowoltaicznych: przemysłowe (farmy słoneczne), komercyjne dachy płaskie i mieszkalne dachy skośne.
DrzewaEdit
Ponieważ lasy generalnie mają niskie albedo (większość ultrafioletowego i widzialnego widma jest pochłaniana w procesie fotosyntezy), niektórzy naukowcy sugerują, że większa absorpcja ciepła przez drzewa mogłaby zrównoważyć niektóre z korzyści węglowych wynikających z zalesiania (lub zrównoważyć negatywny wpływ wylesiania na klimat). W przypadku wiecznie zielonych lasów z sezonową pokrywą śnieżną, redukcja albedo może być na tyle duża, że wylesianie spowoduje efekt chłodzenia netto. Drzewa wpływają na klimat również w bardzo skomplikowany sposób poprzez ewapotranspirację. Para wodna powoduje ochłodzenie na powierzchni ziemi, powoduje ogrzewanie tam, gdzie się skrapla, działa jako silny gaz cieplarniany i może zwiększać albedo, gdy skrapla się w chmury. Naukowcy zazwyczaj traktują ewapotranspirację jako efekt chłodzenia netto, a wpływ netto na klimat zmian albedo i ewapotranspiracji spowodowanych wylesianiem zależy w dużej mierze od lokalnego klimatu.
W strefach sezonowo pokrytych śniegiem, zimowe albedo obszarów bezdrzewnych jest o 10% do 50% wyższe niż pobliskich obszarów zalesionych, ponieważ śnieg nie pokrywa drzew tak łatwo. Drzewa liściaste mają albedo o wartości od około 0,15 do 0,18, podczas gdy drzewa iglaste mają wartość od około 0,09 do 0,15. Zróżnicowanie letniego albedo w obu typach lasów jest skorelowane z maksymalnym tempem fotosyntezy, ponieważ rośliny o dużej zdolności wzrostu wykazują większą część ulistnienia do bezpośredniego przechwytywania promieniowania przychodzącego w górnej części baldachimu. W rezultacie istnieje większe prawdopodobieństwo, że fale świetlne niewykorzystywane w fotosyntezie będą odbijane z powrotem w przestrzeń kosmiczną, zamiast być pochłaniane przez inne powierzchnie znajdujące się niżej w baldachimie.
Badania przeprowadzone przez Centrum Hadleya zbadały względny (generalnie ocieplający) wpływ zmiany albedo i (ochładzający) wpływ sekwestracji węgla na sadzenie lasów. Stwierdzili oni, że nowe lasy w obszarach tropikalnych i na średnich szerokościach geograficznych miały tendencję do chłodzenia; nowe lasy na wysokich szerokościach geograficznych (np., Syberia) były neutralne lub być może ocieplające.
WaterEdit
Woda odbija światło zupełnie inaczej niż typowe materiały lądowe. Współczynnik odbicia powierzchni wody oblicza się za pomocą równań Fresnela.
W skali długości fali światła nawet pofalowana woda jest zawsze gładka, więc światło jest odbijane w sposób lokalnie spekularny (nie rozproszony). Błysk światła od wody jest powszechnym efektem tego zjawiska. Przy małych kątach padania światła, falistość powoduje zmniejszenie współczynnika odbicia z powodu stromości krzywej odbicia-vs.-incident-angle i lokalnie zwiększony średni kąt padania.
Ale chociaż współczynnik odbicia wody jest bardzo niski przy niskich i średnich kątach padania światła, staje się bardzo wysoki przy wysokich kątach padania światła, takich jak te, które występują na oświetlonej stronie Ziemi w pobliżu terminatora (wczesnym rankiem, późnym popołudniem i w pobliżu biegunów). Jednakże, jak wspomniano powyżej, falistość powoduje znaczną redukcję. Ponieważ światło odbite od wody zwykle nie dociera do widza, woda ma bardzo niskie albedo, pomimo wysokiego współczynnika odbicia przy wysokich kątach padania światła.
Zauważ, że białe czapy na falach wyglądają na białe (i mają wysokie albedo), ponieważ woda jest spieniona, więc istnieje wiele nałożonych na siebie powierzchni pęcherzyków, które odbijają, sumując swoje współczynniki odbicia. Świeży „czarny” lód wykazuje odbicie Fresnela.Śnieg na wierzchu tego lodu morskiego zwiększa albedo do 0.9.
ChmuryEdit
Albedo chmur ma znaczący wpływ na temperatury atmosferyczne. Różne rodzaje chmur wykazują różną refleksyjność, teoretycznie ich albedo waha się od minimalnego bliskiego 0 do maksymalnego zbliżającego się do 0,8. „W danym dniu około połowa Ziemi jest pokryta chmurami, które odbijają więcej światła słonecznego niż ląd i woda. Chmury utrzymują Ziemię w chłodzie poprzez odbijanie światła słonecznego, ale mogą również służyć jako koce do zatrzymywania ciepła.”
Albedo i klimat w niektórych obszarach są dotknięte przez sztuczne chmury, takie jak te stworzone przez smugi ciężkiego ruchu samolotów komercyjnych. Badanie przeprowadzone po spaleniu kuwejckich pól naftowych podczas okupacji Iraku wykazało, że temperatury pod płonącymi polami naftowymi były nawet o 10°C zimniejsze niż temperatury kilka mil dalej przy czystym niebie.
Efekty aerozoloweEdit
Aerozole (bardzo drobne cząstki/kropelki w atmosferze) mają zarówno bezpośredni jak i pośredni wpływ na równowagę radiacyjną Ziemi. Bezpośredni (albedo) efekt jest ogólnie rzecz biorąc do chłodzenia planety; pośredni efekt (cząsteczki działają jako jądra kondensacji chmur i tym samym zmieniają właściwości chmur) jest mniej pewny. Według Spracklen et al. efekty są następujące:
- Bezpośredni efekt aerozoli. Aerozole bezpośrednio rozpraszają i pochłaniają promieniowanie. Rozpraszanie promieniowania powoduje ochłodzenie atmosfery, natomiast pochłanianie może powodować ocieplenie atmosfery.
- Efekt pośredni aerozoli. Aerozole modyfikują właściwości chmur poprzez podzbiór populacji aerozoli zwanych jądrami kondensacji chmur. Zwiększona koncentracja jąder prowadzi do zwiększonej koncentracji liczby kropel w chmurze, co z kolei prowadzi do zwiększonego albedo chmur, zwiększonego rozpraszania światła i chłodzenia radiacyjnego (pierwszy efekt pośredni), ale także prowadzi do zmniejszonej wydajności opadów i zwiększonego czasu życia chmury (drugi efekt pośredni).
Czarny węgielEdit
Inny efekt związany z albedo na klimat pochodzi od cząstek czarnego węgla. Wielkość tego efektu jest trudna do określenia ilościowego: Międzyrządowy Zespół do spraw Zmian Klimatu szacuje, że globalne średnie wymuszenie radiacyjne dla aerozoli czarnego węgla z paliw kopalnych wynosi +0,2 W m-2, z zakresem +0,1 do +0,4 W m-2. Czarny węgiel jest większą przyczyną topnienia polarnej pokrywy lodowej w Arktyce niż dwutlenek węgla ze względu na jego wpływ na albedo.
Działalność człowiekaEdit
Działalność człowieka (np. wylesianie, rolnictwo i urbanizacja) zmienia albedo różnych obszarów na całym świecie. Jednak kwantyfikacja tego efektu w skali globalnej jest trudna, konieczne są dalsze badania w celu określenia efektów antropogenicznych.