Dugovalno zračenje

Prikaz izmjena energija i ravnoteže na Zemlji između izvora (Sunce), Zemljine površine, Zemljine atmosfere i neizbježnog gubitka u svemir. Mogućnost atmosfere da propušta velik postotak vidljive Sunčeve svjetlosti koja zagrijava Zemlju (a dio te energije se ponovo emitira u obliku dugovalnoga toplinskog zračenja natrag u atmosferu) i da najveći dio te energije upija (apsorbira) se u atmosferi molekulama stakleničkih plinova i odbija (reflektira) natrag prema Zemlji, naziva se staklenički učinak ili efekt staklenika.

Prosječne vrijednosti dugovalnog zračenja Zemlje od 2003. do 2010.

Dugovalno zračenje je dio infracrvenoga zračenja valne duljine veće od 3 μm. U meteorologiji se prema podrijetlu razlikuje dugovalno toplinsko zračenje Zemlje ili dugovalno zračenje Zemlje (od 4 do 50 μm), koje nastaje apsorpcijom (upijanjem) Sunčeva kratkovalnog zračenja, te dugovalno zračenje atmosfere, koje nastaje apsorpcijom toplinskoga zračenja Zemlje (od 4 do 120 μm) različitim plinovima (vodenom parom, vodenim kapljicama, metanom, ugljičnim dioksidom). Dio infracrvenog zračenja odlazi u svemir (30%), a veći dio (70%) vraća se prema Zemlji kao protuzračenje atmosfere, koje time povećava temperaturu Zemljine površine (staklenički učinak).

Dugovalno zračenje Zemlje

Podrobniji članak o temi: Dugovalno zračenje Zemlje

Najveći dio apsorbirane energije Sunčeva zračenja Zemlja pretvara u toplinu. Tako zagrijana Zemljina površina emitira natrag u atmosferu svoje elektromagnetsko zračenje, i to u infracrvenom području spektra (dugovalno zračenje). Valna duljina i jakost (intenzitet) Zemljina dugovalnog zračenja ovise o temperaturi Zemljine površine T₀. Energija L₀ koju zrači Zemlja iznosi:

$L_{0}=k\cdot \sigma \cdot T_{0}^{4}$

gdje je: L₀ - zračenje Zemlje po jedinici ploštine (indeks 0 označuje da se radi o površini Zemlje, a zračenje je usmjereno od tla u atmosferu), k - koeficijent ovisan o vrsti tla (najčešće iznosi 0,95, na primjer za suhi pijesak k = 0,949, a za gustu zelenu travu k = 0,986), σ - Stefan–Boltzmannova konstanta, T₀ - apsolutna temperatura Zemljine površine. Gornji izraz je zapravo Stefan-Boltzmannov zakon zračenja crnog tijela, ispravljen koeficijentom k za uvjete na Zemljinoj površini koja u fizikalnom smislu nije crno nego sivo tijelo.

Zemlja emitira dugovalno zračenje tokom dana i noći s maksimalnom jakošću (intenzitetom) u podnevnim i minimalnim u noćnim satima. Budući da je kratkovalno zračenje Sunca samo po danu, na Zemljinu tlu postoji stalna razlika između Sunčeva zračenja i dugovalnog zračenja Zemlje. Po vedrom danu tlo prima više energije nego što je emitira, a po noći tlo samo predaje energiju. U ljetnim danima tlo prima više energije nego što je gubi, dok je zimi obrnuto. U godišnjem prosjeku tlo gubi više energije nego je prima kratkovalnim zračenjem Sunca, no Zemlja se ipak postepeno ne ohlađuje, jer tlo osim kratkovalnog zračenja Sunca prima i dugovalno zračenje atmosfere.