Strålning

Solen är vår närmaste stjärna, källan till all energi och allt liv och rörelse på jorden, och även den drivande grundkraften i allt väder vi upplever. Energin från solen påverkar bland annat temperaturen, omsätts till vindar och ingår i växternas fotosyntes.

Avståndet mellan solen och jorden varierar med ±1.5 procent under året och är i genomsnitt 149,6 miljoner km. På detta avstånd är solstrålningens effekt cirka 1361 W/m2. Jorden är som närmast solen i början av januari och som längst bort i juli. Det är dock inte detta som ger oss årstidsvariationer utan det beror istället på att jordaxeln lutar mot det plan i vilket jorden rör sig i sin bana runt solen.

I Sverige är det vinter när nordpolen är vänd bort från solen. Då står solen lågt på himlen varvid energin fördelar sig över en större yta. Solens bana över himlen varierar med årstiden och ser olika ut för olika breddgrader. Den står som högst vid sommarsolståndet och som lägst vid vintersolståndet.

Solen går upp rakt i öster två gånger om året, vilket inträffar nära vår- och höstdagjämningen. I stora delar av Sverige sker uppgången under sommaren i nordost och på vintern i sydost. Längst i norr har vi extremerna midnattssol och polarnatt (solen under horisonten hela dygnet).

Solens läge vid bestämda klockslag (exempelvis mittpunkten av varje timme) formar under året en figur, analemma, som liknar en utdragen åtta. Detta orsakas av att solens skenbara hastighet över himlen varierar beroende på att jordens hastighet inte är konstant under året och på jordaxelns lutning.

Det får till följd att solen inte alltid står i söder exakt klockan tolv, inte ens på vår tidsmeridian 15°O, en skillnad som kan vara över en kvart. Eftersom jorden roterar åt öster kommer solen att stå i söder tidigare för orter som ligger öster om och senare för orter väster om vår tidsmeridian.

Spektral fördelning

Solstrålning är elektromagnetisk strålning. Merparten av energin finns i våglängdsområdet 300 till 4 000 nm och fördelar sig grovt sett med 8 procent i den ultravioletta (UV), 48 procent i den synliga och 44 procent i den nära infraröda (IR) delen av spektrumet utanför jordatmosfären.

Jordytan (hav och land) liksom atmosfären (gaser, partiklar och moln) sänder också ut strålning (emission), men då med tyngdpunkten vid längre våglängder. Störst mängd energi ligger då i våglängdsområdet 4000 till 100 000 nm och med maximum kring 10 000 nm (=10 µm).

Inom meteorologin brukar energin inom dessa nästan helt åtskilda våglängdsområden benämnas kortvågsstrålning respektive långvågsstrålning. Energin i de breda våglängdsområdena kortvågsstrålning och långvågsstrålning är storheter som dominerar i jordens energibalans.

Det finns emellertid även processer där strålningens spektrala fördelning är betydelsefull och inte enbart dess energi. Exempelvis blir man inte solbränd av strålning i det synliga och infraröda området, därtill krävs UV-strålning, men även UV-strålningens olika våglängder har varierande förmåga att orsaka solbränna.

Jordens energibalans

Strålningen växelverkar med atmosfärens gaser, moln, aerosoler (partiklar) och jordyta. Exempelvis absorberas (infångas) en betydande del av energin av gaser såsom vattenånga, koldioxid och ozon.

Detta medför en temperaturhöjning, vilket ökar gasens emission (utsändning) av långvågsstrålning som i sin tur sänker temperaturen. Strålning kan även spridas och reflekteras av luftens beståndsdelar (gaser, moln och aerosoler) och av jordytan. Detta tar inte bort strålningen utan förändrar bara dess riktning.

Både absorption och spridning är våglängdsberoende. Spridningen i luftmolekyler är mer effektiv ju kortare våglängden är. Detta gör att det blå ljuset sprids kraftigare än det röda varvid himlen blir blå. När solen står lågt har mycket av den blå delen av ljuset spritts och återstoden ger själva solen en rödare färg än när den står högt.

Reflektion av direkt solljus i molndroppar har inte detta våglängds-beroende utan molnen upplevs som vita om inte solljuset självt är färgat, till exempel när solen står lågt.

Absorption av strålning i atmosfären är väldigt selektiv. Strålning av vissa våglängder kan absorberas fullständigt medan atmosfären är genomskinlig för andra våglängder.