ปัจจัยที่มีผลต่อการรับพลังงานจากดวงอาทิตย์

ปัจจัยที่มีผลต่อการรับพลังงานจากดวงอาทิตย์

• สัณฐานโลกทำให้รังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบผิวโลกด้วยมุมต่างกัน
  • มุมตกกระทบตั้งฉาก: ความเข้มรังสีมาก
  • มุมตกกระทบน้อย: ความเข้มรังสีน้อย
• การเอียงของแกนโลกและการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ ทำให้ตำแหน่งที่รังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบตั้งฉากผิวโลกเปลี่ยนไปในรอบ 1 ปี
  • ตำแหน่งที่ 1 (21 มิถุนายน): รังสีดวงอาทิตย์ตกตั้งฉากที่ละติจูด 23.5 องศาเหนือ
  • ตำแหน่งที่ 2 (22 กันยายน): รังสีดวงอาทิตย์ตกตั้งฉากที่เส้นศูนย์สูตร
  • ตำแหน่งที่ 3 (21 ธันวาคม): รังสีดวงอาทิตย์ตกตั้งฉากที่ละติจูด 23.5 องศาใต้
  • ตำแหน่งที่ 4 (21 มีนาคม): รังสีดวงอาทิตย์ตกตั้งฉากที่เส้นศูนย์สูตร
  • เมื่อโลกโคจรรอบ กลับมาที่ตำแหน่งที่ 1 รังสีดวงอาทิตย์จะตกตั้งฉากที่ละติจูด 23.5 องศาเหนือ เป็นดังนี้ในรอบ 1 ปี
• เมฆและละอองลอย
  • บริเวณที่ไม่มีเมฆและละอองลอย รังสีดวงอาทิตย์ผ่านชั้นบรรยากาศมาถึงพื้นผิวโลกได้มาก
  • ละอองลอยทำให้เกิดการสะท้อน กระเจิง และดูดกลืนรังสีดวงอาทิตย์บางส่วนก่อนถึงพื้นผิวโลก
  • เมฆทำให้เกิดการสะท้อนและดูดกลืนรังสีดวงอาทิตย์บางส่วนก่อนถึงพื้นผิวโลก
• แก๊สเรือนกระจก (greenhouse gas): มีสมบัติในการดูดกลืนรังสีอินฟาเรดบางส่วนที่แผ่ออกมาจากพื้นผิวโลกและแผ่รังสีนั้นกลับสู่พื้นผิวโลกอีกครั้ง
  • พลังงานความร้อนส่วนนี้จะหมุนเวียนอยู่ภายในโลก
  • ทำให้โลกมีอุณหภูมิเฉลี่ยของอากาศเหมาะสมต่อการดำรงชีวิต
  • แต่ถ้าบรรยากาศมีปริมาณแก๊สเรือนกระจกเพิ่มขึ้นจะทำให้แก๊สเรือนกระจกดูดกลืนรังสีอินฟาเรดและแผ่กลับมาสู่ผิวโลกได้มากขึ้น
  • ส่งผลให้มีพลังงานความร้อนหมุนเวียนอยู่ภายในโลกเพิ่มขึ้น
• ลักษณะพื้นผิวโลก: พื้นผิวที่มีอัตราส่วนรังสีสะท้อนมากจะสะท้อนรังสีมาก แต่ดูดกลืนรังสีน้อย
  • อัตราส่วนรังสีสะท้อน (albedo) = ความเข้มรังสีที่สะท้อนจากพื้นผิว / ความเข้มรังสีทั้งหมดที่ตกกระทบพื้นผิว
  • ตัวอย่างค่าอัตราส่วนรังสีสะท้อน:
    • ป่าไม้: 0.10 – 0.20
    • น้ำ: 0.10
    • ยางมะตอย: 0.04
    • ดินดำ: 0.05 – 0.15
    • คอนกรี๖: 0.55
    • หิมะ: 0.75 – 0.90

การหมุนเวียนของอากาศ

• อุณหภูมิ, ความกดอากาศสัมพันธ์กันในการหมุนเวียนอากาศ
  • ความกดอากาศสูง, อุณหภูมิต่ำ: อากาศจมตัวลง
  • ความกดอากาศต่ำ, อุณหภูมิสูง: อากาศยกตัวสูงขึ้น
• แรงที่เกิดจากความแตกต่างของความกดอากาศ (pressure gradient force; pgf)
  • Pgf มาก → อากาศเคลื่อนที่เร็ว
  • Pgf น้อย → อากาศเคลื่อนที่ช้า
• แรงคอริออลิส (Coriolis force): แรงที่เกิดขึ้นจากการหมุนรอบตัวเองของโลก
  • ถ้าโลกไม่หมุนรอบตัวเอง: อากาศที่เคลื่อนที่จากขั้วโลกมายังเส้นศูนย์สูตรจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง
  • เมื่อโลกหมุนรอบตัวเอง: อากาศที่เคลื่อนที่จากขั้วโลกมายังเส้นศูนย์สูตรจะเคลื่อนที่เบี่ยงเบนไป
• แรงสู่ศูนย์กลาง (centripetal force)
  • เมื่ออากาศเคลื่อนที่เนื่องจากแรงที่เกิดจากความแตกต่างของความกดอากาศแล้ว แรงคอลิออลิสทำให้ทิศทางการเคลื่อนที่ของอากาศเปลี่ยนไปจากทิศเดิมในแนวโค้ง จะทำให้เกิดแรงสู่ศูนย์กลาง
  • แรงสู่ศูนย์กลางยังมีความสัมพันธ์กับความเร็วลมและรัศมีของการเคลื่อนที่ลม ถ้าแรงที่เกิดจากความแตกต่างของความกดอากาศเพิ่มขึ้นทำให้ความเร็วเพิ่มขึ้นส่งผลให้มีแรงสู่ศูนย์กลางมากขึ้น อาจจะเคลื่อนที่เป็นแนวโค้งมากขึ้นและในที่สุดเกิดการเคลื่อนที่เป็นวงกลม
• แรงเสียดทาน (frictional force)
  • เป็นแรงที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุเพื่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุนั้น ดังนั้นเมื่ออากาศเคลื่อนที่ผ่านพื้นผิวโลกซึ่งมีลักษณะแตกต่างกัน เช่น ภูเขา ป่าไม้ อาคาร สิ่งก่อสร้าง พื้นดิน มหาสมุทรจึงมีผลต่ออัตราเร็วในการเคลื่อนที่ของอากาศ
• แบบจำลองการหมุนเวียนอากาศแบบเซลล์เดียว
  • สมมติฐาน:
    • โลกมีพื้นผิวเหมือนกันทั้งหมด
    • รังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบบริเวณเส้นศูนย์สูตร
    • โลกไม่หมุนรอบตัวเอง

การหมุนเวียนอากาศตามเขตละติจูด

• การหมุนเวียนอากาศแถบเขตร้อนหรือแฮดลีย์เซลล์ (hadley cell) (เส้นศูนย์สูตร - 30°)
  • อากาศจากเส้นศูนย์สูตรเคลื่อนที่ไปยังละติจูดสูงแล้วจมตัวลงที่ละติจูด 30°
  • อากาศที่ละติจูด 30° เคลื่อนที่ไปแทนที่อากาศที่เส้นศูนย์สูตร
• การหมุนเวียนอากาศแถบขั้วโลก หรือโพลาเซลล์ (polar cell) (60° - ขั้วโลก)
  • อากาศจากขั้วโลกเคลื่อนที่ไปยังละติจูดต่ำเมื่ออากาศเย็นปะทะอากาศอุ่นที่ละติจูด 60° อากาศจะยกตัวขึ้นแล้วเคลื่อนที่กลับไปยังขั้วโลก
• การหมุนเวียนอากาศแถบละติจูดกลางเฟอร์เรลเซลล์ (ferrell cell) (30° - 60°)
  • อากาศที่จมตัวที่ละติจูด 30° บางส่วนเคลื่อนที่ ไปทางเส้นศูนย์สูตร บางส่วนเคลื่อนที่ไปทาง ละติจูด 60°
  • อากาศอุ่นจากละติจูด 30° ปะทะกับอากาศเย็นที่ละติจูด 60° อากาศจะยกตัวขึ้นแล้วเคลื่อนที่กลับไปที่ละติจูด 30°
• การหมุนเวียนของน้ำผิวหน้าในมหาสมุทร
  • ซีกโลกเหนือ: หมุนเวียนตามเข็มนาฬิกา
  • กระแสน้ำอุ่นไหลผ่าน: อากาศอุ่น, ความชื้นสูง, เมฆและฝนมาก
  • ซีกโลกใต้: หมุนเวียนทวนเข็มนาฬิกา
  • กระแสน้ำเย็นไหลผ่าน: อากาศแห้ง, ความชื้นต่ำ, เมฆและฝนน้อย

ปรากฏการณ์เอลนีโญและลานีญา

• เอลนีโญ (El nino): ลมค้าอ่อนกำลัง, กระแสน้ำอุ่นถูกพัดไปทางตะวันตกของแปซิฟิกน้อยลง.
  • อากาศแห้งแล้ง
  • มีเมฆมาก ฝนตกชุก
  • น้ำอุณหภูมิต่ำกว่าปกติ
  • น้ำอุณหภูมิสูงกว่าปกติ
• ลานีญา (La nina): ลมค้ามีกำลังแรง, กระแสน้ำอุ่นถูกพัดไปทางตะวันตกของแปซิฟิกมากขึ้น.
  • อากาศแห้งแล้ง
  • มีเมฆมาก ฝนตกชุก
  • น้ำอุณหภูมิสูงกว่าปกติ
  • น้ำอุณหภูมิต่ำกว่าปกติ

เรียนรู้เกี่ยวกับปัจจัยที่มีผลต่อการรับพลังงานจากดวงอาทิตย์ รวมถึงสัณฐานโลก, การเอียงของแกนโลก, การโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์, เมฆ, และละอองลอย ทำความเข้าใจว่าปัจจัยเหล่านี้มีผลต่อความเข้มของรังสีที่ส่องมายังโลกอย่างไร