تحليل تأثير الإشعاع الشمسي على المناطق المناخية للأرض

العوامل التي تؤثر على توزيع الإشعاع الشمسي

ولا تحصل جميع المواقع على نفس كمية العزل، إذ تتفاعل عدة عوامل رئيسية لإيجاد توزيع غير متكافئ يؤدي إلى نشوء مناطق مناخية.

خط العرض

بسبب الشكل المتقطع للأرض، يضرب ضوء الشمس السطح في زاوية أكثر نسيجاً في خطوط العرض الأعلى (بالعمود) وفي زاوية مباشرة قرب خط الاستواء، نفس كمية الطاقة الشمسية تنتشر على مساحة سطحية أكبر في القطبين، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة كل متر مربع.

الفرق الموسمي بسبب التلت المكسي

محور الأرض مُغَطَّر بحوالي 23.5 درجة مقارنة بطائرته المدارية، هذا البلط يسبب تغيرات في نصف الكرة الأرضية المختلفة إلى الصعود أو بعيداً عن الشمس خلال العام، ينتج مواسماً، وخلال الصيف في نصف الكرة الشمالي، تُوجّه القطب الشمالي نحو الشمس، مما يؤدي إلى تغيرات في طولها الأطول وطول،

Altitude

وفي ارتفاع مستويات الإشعاع، يكون الجو أكثر رقاقة، ويحتوي على جزيئات أقل من بخار الماء وجسيمات الغبار، مما يقلل من الامتصاص والتشتت للإشعاع الشمسي، مما يعني أن ضوء الشمس الأكثر كثافة يصل إلى السطح، فعلى سبيل المثال، فإن وجود موقع في الأنديز أو هيمالايا في 4000 متر سيتلقى عزلة أكبر بكثير من موقع مرتفع من مستوى البحر في نفس الخلق.

كلود كوفر وهباء الغلاف الجوي

فالسحابات شديدة التغير في تأثيرها على الإشعاع الشمسي، وسحب الزنك، وسحب السحب المنخفضة السعة (مثل السلال أو النيتروز) شديدة التأمل، مما يقلل كمية الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الأرض، وعلى النقيض من ذلك، يمكن لسحب صدعية عالية الارتفاع أن تسمح بمرور معظم الضوء الشمسي بينما لا تزال تخترق بعض الإشعاع الحراري.

السطحي

إن الـ (ألبـدو) هو مقياس انعكاس سطح الأرض، مُعبّر عنه كقطعة من الإشعاع الشمسي القادم الذي ينعكس، والثلوج الطازج يحتوي على 0.8 إلى 0.9 (80-90٪ مُنعكس)، بينما الغابات لديها ألبدو من 0.08 إلى 0.15 فقط، وتستوعب أسطح المحيط المظلمة معظم الإشعاع الشمسي (البيدو: 0.06).

How Solar Radiation Creates Distinct Climate Zones

إن النمط العالمي للعزل يدفع إلى التداول في الغلاف الجوي والمحيطات، مما يعيد توزيع الحرارة والرطوبة، ويمكن تصنيف الظروف المناخية الناتجة عن ذلك إلى مناطق مناخية واسعة، وفي حين توجد العديد من نظم التصنيف (مثل نظام كوبين - غيغر)، فإن الفئات التالية تبرز التأثير المباشر للإشعاع الشمسي.

المناطق المناخية الاستوائية

التركيز على خط الاستواء، بين حوالي 23.5 درجة شمالاً (خط السرطان) و23.5 درجة شرقاً (منطقة كابريكورن)، المناطق المناخية المدارية تتلقى أعلى مستوى سنوي من التحلل الشمسي، ويتسبب في ارتفاع هواء الرطب، ويشكل مجموعة من الضغط المنخفض المعروف باسم منطقة التقارب بين المناطق المدارية (ITCZ).

Arid and Semi-Arid Climate Zones

وتقع هذه المناطق في أحزمة شبه أرضية عند خط العرض يتراوح بين 20 و30 درجة، حيث يخلق الهواء الهادر من حركة هادلي نظما عالية الضغط، كما أن ضغطات الهواء الغارقة والدفء، مما يعرقل التكوين السحابي والهيبة، وعلى الرغم من تلقيه إشعاعاً مباشراً حاداً (المناطق الخالية من الأشعة، وارتفاع درجة حرارة الشمس)، فإن عدم وجود السحاب يؤدي إلى انخفاض شديد في الرطوبة وارتفاع درجات الحرارة في الصحراء.

Temperate Climate Zones

وتعاني المناطق المعتدلة من نظام معتدل ومفصلي للتعقيم بين حوالي 30 درجة و60 درجة، وتتباين زاوية الشمس تباينا كبيرا طوال السنة، وتنتج موسم صيفي وشتاء متميز، وتتميز هذه المناطق بخليط من الكتلة الجوية: الهواء الخفيف الدافئة والهواء القطبي البارد الذي يكثر فيه الازدهار، ويخلق نظما مناخية دينامية، وغالبا ما تكون الهاوية معتدلة (500-1500 ملليمتر/سنة)

Continental Climate Zones

وفي المناطق المعتدلة التي ترتفع فيها معدلات الارتفاع )نحو ٤٠ درجة - ٦٠ درجة شمالا، ولا سيما في المناطق الداخلية من الكتلة الكبيرة مثل أمريكا الشمالية وأوراسيا(، فإن تأثير المحيطات المعتدل في المناطق المتقلبة، وهذه المناخات القارية )دفا، دفب، وما إلى ذلك( قد تشهد تناقضات موسمية في التحلل، ويمكن أن تكون السامات شديدة الحرارة والشتاء باردة بشكل عام، مع درجات الحرارة السنوية الكبيرة.

Polar Climate Zones

فالأشعة الشمسية فوق خط العرض حوالي ٦٠ درجة، هي الأضعف والأبعد من حيث السمة، وقد لا تشرق الشمس في جزء من السنة )الليلة القطبية(، بينما قد تظل في الصيف فوق الأفق لمدة ٢٤ ساعة )شمس منتصف الليل(، ومع ذلك، فإن الزاوية المنخفضة للشمس تعني أن الطاقة تنتشر بشكل ضعيف، ويتجلى الكثير في ارتفاع درجة الحرارة الباردة.

Solar Radiation Variability and Climate Change

التغيرات الطبيعية في الناتج الشمسي

"بينما تكون الشمس ثابتة نسبياً" "تحت الشمس دورات من نشاط متفاوت" "وعلى الأخص دورة "11 سنة" لبقع الشمس" "تُظهر في "الإنجيل"

غازات الدفيئة وتأثير غرينهاوس المعزَّز

وقد زادت الأنشطة البشرية بشكل كبير تركيزات غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز في الغلاف الجوي، وهذه الغازات شفافة نسبياً إلى الإشعاع الشمسي الجديد، ولكنها تستوعب وتعيد إشعاعات الأشعة تحت الحمراء من سطح الأرض، ونتيجة لذلك، فإن تأثير الاحتباس الحراري المعزز الذي يضخ طاقة أكبر في نظام المناخ، مما يؤدي إلى الاحترار العالمي، وهذا الاحترار ليس موحداً:

Albedo Feedbacks and Land Use Change

كما أن التدفق والثلوج والجليد قد يخفف من اللبدو العام للأرض، كما أن الأسطح الأكثر ظلماً (المحيطات، والتربة الخالصة، والغابات) تستوعب مزيداً من الإشعاع الشمسي، مما يزيد من تفاقم الاحترار، وبالمثل، فإن إزالة الغابات - خاصة في الغابات الاستوائية - تُعد سطحاً مظلماً ومرطباً به أخف، ويُعدّل في توقعات السحبية، ويحدّ من التحلل من التحلل الإشعاعي.

قياس ورصد الإشعاع الشمسي

() إن قياس الإشعاع الشمسي الدقيق ضروري لعلوم المناخ، وتخطيط الطاقة المتجددة، والزراعة، وتشمل الأدوات الأرضية أجهزة قياسية (للإشعاع الأفقي العالمي)، ومطيافات (للإشعاع المباشر)، ومقاسات الطين (للإشعاع المعبر) ومستشعرات قائمة على السواتل، مثل تلك الموجودة على نماذج شبكة الغلاف الجوي السطحي (NASA)

خاتمة

إن الإشعاع الشمسي هو المحرك الأساسي لمناطق مناخ الأرض، فالتفاوت في توزيع العسر عبر خطوط العرض، الذي يُعدّل بعوامل مثل النمر القار، والغطاء السحابي، والرطوبة السطحية، سيخلق مجموعة من الظروف المناخية تتراوح بين الغابات المطيرة الاستوائية وأقسام الجليد القطبية، ولا يعد فهم هذه العلاقات مجرد عملية أكاديمية - ومن الضروري التنبؤ بكيفية تحول مناطق الإشعاع إلى مواجهة تغير المناخ.