L’effetto attenuativo dell’atmosfera
Lo spettro di energia solare ricevuto dalla superficie terrestre è diverso da
quello di un corpo nero ideale alla temperatura del sole, poiché l’atmosfera non
è un mezzo completamente trasparente alla radiazione solare. Una percentuale
considerevole della radiazione proveniente dal sole, nell’atmosfera viene in
parte assorbita, in parte diffusa e in parte riflessa nello spazio. La
radiazione solare viene infatti attenuata essenzialmente da gas (atomici e
molecolari), particelle (aerosoli) e nubi.
La radiazione è composta da una componente diretta ed una diffusa che e’
scatterata dalla atmsofera in ogni direzione (20-30% con cielo sereno, 100%
condizioni di cielo coperto)
La componente diretta segue la legge di attenuazione di Beer che nella forma più
semplificata si può dire che: l’intensità della radiazione che attraversa un
mezzo dipende dalla quantità di materiale assorbente incontrato nel suo percorso
ottico (cioè più grande la quantità del materiale assorbente incontrato, minore
è la quantità di radiazione che arriva al suolo). Il percorso ottico dipende
dall’angolo zenitale , che a sua volta dipende dalla posizione della Terra
relativamente al Sole ed è quindi funzione della latitudine e del tempo.
La componente diffusa viene definita attraverso il modello di trasferimento
radiativo.
La legge di attenuazione fornisce una relazione per il flusso di radiazione
solare diretta di lunghezza d’onda che si propaga attraverso l’atmosfera:
I=Ioqm
dove Io è la radiazione all’apice dell’atmosfera, q è la tramissività (pari allo
spessore ottico locale), m è un fattore che dipende dall’angolo tra lo zenit
locale e il sole.
Il più semplice modello di atmosfera diffondente è quello in cui le particelle
diffusive sono tutte di dimensioni più piccole della lunghezza d’onda della luce
incidente. Tale criterio (teoria di Rayleigh) ben si adatta alle molecole dei
gas atmosferici. L’efficienza della diffusione atmosferica e’ dipendente dalla
lunghezza d’onda della luce , nel senso che le onde corte sono più diffuse di
quelle lunghe, questo e’ il motivo per cui il cielo appare di colore blu.
Quando le dimensioni delle particelle sono paragonabili alla lunghezza d’onda
(aerosol) e’ necessario usare la teoria di Mie. In questo caso la radiazione
diffusa e’ variabile in funzione della direzione.