Re: Radiazione termica della terra

From: Daniele Fua <daniele.fua_at_uniroma1.it>
Date: Thu, 20 Mar 2008 09:26:00 +0100

Franco ha scritto:
> Voglio stimare la temperatura di un satellite in orbita bassa. Oltre
> alla radiazione solare e all'irraggiamento verso il cielo freddo, c'e`
> il termine dovuto alla radiazione terrestre.
>
> La radiazione della parte illuminata potrebbe forse essere stimata con
> l'albedo media (ma non sono sicuro circa il suo spettro), poi c'e` la
> radiazione nell'infrarosso (sia di giorno che di notte) che mi pare
> arrivi dalla parte alta dell'atmosfera.
>
> Avete qualche dato in proposito o una indicazione di dove trovare queste
> informazioni?
>
> Grazie
>

Ho visto il tuo post qualche giorno fa ma non ho potuto rispondere prima
perche' la risposta richiede un po' di tempo.
Ci sono due tipi di soluzioni. Una molto semplice da esercizio d'esame
nella quale consideri solo gli effetti medi.
Consideri la terra come un corpo nero sferico che emette energia
radiativa totale secondo la legge di Stefan-Boltzmann a temperatura
equivalente di 255K. Il raggio approssimato di questa sfera ideale e' il
raggio medio della terra piu' 3-4km, quindi il raggio medio della terra.
Ti calcoli l'angolo solido entro il quale il satellite vede arrivare la
radiazione terrestre, sai la superficie esposta del satellite ed il suo
coefficiente di assorbimento nell'IR e ti calcoli banalmente (quasi) la
potenza assorbita dal satellite nel cosiddetto infrarosso termico.
Consideri poi la potenza radiativa assorbita nel visibile. Il contributo
maggiore e' quello che arriva direttamente dal sole quando il satellite
ne e' illuminato ma puoi includere anche una correzione dovuta
all'albedo medio terrestre (circa 0.3). Anche qui devi tener conto degli
angoli solidi, delle supefici esposte e del coefficiente di assorbimento
della superficie del satellite nel visibile. Per finire con l'input di
calore, devi ovviamente tener conto di eventuali sorgenti di calore
interne. Output: tutta la superficie del satellite emette con le proprie
caratteristiche nell'IR (spero come un corpo nero!) alla sua
temperatura. Fai il bilancio delle potenze... etc etc ma questo lo sai
gia' sicuramente.

Andiamo al caso piu' complicato. Anche nel IR, la terra non emette
affatto come un corpo nero ad una temperatura definita. Il satellite vede:
1) se non ci sono nuvole, in una banda attorno ai 10um la radiazione di
corpo nero emessa direttamente dal terreno alle sue temperature
2) se non ci sono nuvole, fuori della citata banda vede l'emissione di
un corpo nero a circa 255K (quelli gia' visti)
3) se ci sono nuvole spesse vede dei corpi neri con temperature
equivalenti che possono variare di 50 gradi a seconda della quota delle
nuvole
4) se ci sono nuvole sottili... be' meglio non pensarci!
E anche questo e' uno schema piuttosto semplificato...

Nel visibile la cosa non e' piu' semplice perche' l'albedo cambia
drasticamente dagli oceani alle nubi, ai ghiacci, etc etc.

Quello che posso aggiungere e' che un collega del campo ha notato
proprio poco tempo fa che le temperature di diverse parti di un
satellite che stava studiando, avevano un andamento temporale che
seguiva con alta correlazione le caratteristiche radiative del
terreno/atmosfera visto al nadir. Non dei complicati radiometri ma i
semplici termometri messi in diverse parti del satellite per
controllarne il funzionamento: una cosa che apparentemente nessuno aveva
mai notato prima.

Daniele Fua
UniRomaUno
Received on Thu Mar 20 2008 - 09:26:00 CET