Lecture-7 Short wave, long wave and thermal radiation, net radiation, albedo
Short wave, long wave and thermal radiation, net radiation, albedo (शॉर्टवेव विकिरण, लॉन्गवेव विकिरण, तापीय विकिरण, शुद्ध विकिरण और एल्बेडो):- These terms are fundamental in understanding Earth's energy balance and climate system.
(ये सभी अवधारणाएँ पृथ्वी के ऊर्जा संतुलन और जलवायु प्रणाली को समझने के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं।)
Shortwave Radiation (SW) (शॉर्टवेव विकिरण):-
Definition (परिभाषा):- Shortwave radiation consists of high-energy electromagnetic waves emitted primarily by the Sun. It includes ultraviolet (UV), visible light, and near-infrared radiation.
[शॉर्टवेव विकिरण उच्च-ऊर्जा वाली विद्युतचुंबकीय तरंगें होती हैं, जो मुख्य रूप से सूर्य द्वारा उत्सर्जित की जाती हैं। इसमें अल्ट्रावायलेट (UV), दृश्य प्रकाश, और निकट-अवरक्त विकिरण शामिल होते हैं।]
Characteristics (विशेषताएँ):-
> Wavelength (तरंगदैर्घ्य):- 0.2 - 4.0 µm (micrometers)
[0.2 - 4.0 माइक्रोमीटर (µm)]
> Major source (प्रमुख स्रोत):- Sun (सूर्य)
> Earth's atmosphere absorbs, reflects, or scatters shortwave radiation before reaching the surface.
(पृथ्वी का वायुमंडल इस विकिरण को अवशोषित, परावर्तित या बिखेर सकता है।)
> About 30% of incoming shortwave radiation is reflected back into space (due to clouds, aerosols, and Earth's surface).
[लगभग 30% शॉर्टवेव विकिरण वापस अंतरिक्ष में परावर्तित हो जाता है (बादलों, धूलकणों और पृथ्वी की सतह के कारण)।]
Effects on Earth (पृथ्वी पर प्रभाव):-
> Drives weather patterns and climate.
(मौसम और जलवायु को नियंत्रित करता है।)
> Heats the Earth's surface, which then re-emits energy as longwave radiation.
(पृथ्वी की सतह को गर्म करता है, जो फिर लॉन्गवेव विकिरण के रूप में ऊर्जा छोड़ती है।)
> Influences photosynthesis and biological processes.
[सजीव प्रक्रियाओं (जैसे प्रकाश-संश्लेषण) को प्रभावित करता है।]
Longwave Radiation (LW) (लॉन्गवेव विकिरण):-
Definition (परिभाषा):- Longwave radiation consists of infrared radiation emitted by the Earth's surface, atmosphere, and clouds.
(लॉन्गवेव विकिरण में मुख्य रूप से अवरक्त विकिरण शामिल होता है, जो पृथ्वी की सतह, वायुमंडल और बादलों द्वारा उत्सर्जित किया जाता है।)
Characteristics (विशेषताएँ):-
> Wavelength (तरंगदैर्घ्य):- 4 - 100 µm
> Major source (प्रमुख स्रोत):- Earth's surface and atmosphere.
(पृथ्वी की सतह और वायुमंडल।)
> Absorbed and re-emitted by greenhouse gases (GHGs), contributing to the greenhouse effect.
(ग्रीनहाउस गैसों द्वारा अवशोषित और पुनः उत्सर्जित किया जाता है, जिससे ग्रीनहाउस प्रभाव उत्पन्न होता है।)
Effects on Earth (पृथ्वी पर प्रभाव):-
> Helps regulate Earth’s temperature.
(पृथ्वी के तापमान को नियंत्रित करता है।)
> Trapped longwave radiation due to greenhouse gases leads to global warming.
(यदि लॉन्गवेव विकिरण को ग्रीनहाउस गैसें रोकती हैं, तो यह ग्लोबल वार्मिंग का कारण बन सकता है।)
Thermal Radiation (तापीय विकिरण):-
Definition (परिभाषा):- Thermal radiation refers to the infrared radiation emitted by any object with a temperature above absolute zero (-273.15°C or 0K). It follows Planck’s Law and is dependent on the temperature of the emitting body.
[तापीय विकिरण वह अवरक्त विकिरण होता है, जिसे कोई भी वस्तु जिसका तापमान शून्य से ऊपर होता है (-273.15°C या 0K) उत्सर्जित करती है। यह प्लैंक के नियम के अनुसार कार्य करता है।]
Characteristics (विशेषताएँ):-
> Wavelength (तरंगदैर्घ्य):- Varies depending on temperature (most infrared radiation falls within 4-100 µm).
[तापमान के अनुसार भिन्न होता है (अधिकतर 4-100 µm के बीच)।]
> Hotter objects (e.g., the Sun) emit more shortwave radiation, while cooler objects (e.g., Earth) emit more longwave radiation.
[गर्म वस्तुएं (जैसे सूर्य) अधिक शॉर्टवेव विकिरण उत्सर्जित करती हैं, जबकि ठंडी वस्तुएं (जैसे पृथ्वी) अधिक लॉन्गवेव विकिरण उत्सर्जित करती हैं।]
> Governed by Stefan-Boltzmann Law (स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन नियम द्वारा नियंत्रित):
.bmp){kind=small}
where E is emitted energy, σ is the Stefan-Boltzmann constant, and T is temperature in Kelvin.
[जहाँ E उत्सर्जित ऊर्जा है, σ स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक है, और T तापमान (केल्विन में) है।]
Effects on Earth (पृथ्वी पर प्रभाव):-
> Determines heat exchange between the Earth's surface and the atmosphere.
(पृथ्वी की सतह और वायुमंडल के बीच ऊष्मा हस्तांतरण को निर्धारित करता है।)
> Regulates planetary temperatures.
(वैश्विक तापमान को संतुलित करता है।)
Net Radiation (Rn) (कुल विकिरण):-
Definition (परिभाषा):- Net radiation is the difference between incoming and outgoing radiation at the Earth's surface. It determines whether an area is gaining or losing energy.
(कुल विकिरण पृथ्वी की सतह पर आने वाली और बाहर जाने वाली विकिरण ऊर्जा के बीच का अंतर होता है। यह किसी क्षेत्र में ऊर्जा प्राप्ति या हानि को दर्शाता है।)
Formula (सूत्र):-
.bmp)
Effects on Earth (पृथ्वी पर प्रभाव):-
> Positive Net Radiation (धनात्मक शुद्ध विकिरण):- More energy is absorbed than lost → warming effect.
(अधिक ऊर्जा अवशोषित होती है → गर्मी बढ़ती है।)
> Negative Net Radiation (ऋणात्मक शुद्ध विकिरण):- More energy is lost than absorbed → cooling effect.
(अधिक ऊर्जा उत्सर्जित होती है → शीतलता बढ़ती है।)
> Drives weather patterns, ocean currents, and climate change.
(यह मौसम, महासागरीय धाराओं और जलवायु परिवर्तन को नियंत्रित करता है।)
Albedo (Reflectivity of a Surface) [एल्बेडो (सतह की परावर्तन क्षमता)]:-
Definition (परिभाषा):- Albedo is the fraction of incoming solar radiation that is reflected by a surface without being absorbed. Expressed as a decimal or percentage.
(एल्बेडो वह अनुपात है, जिसके द्वारा कोई सतह सूर्य से आने वाली विकिरण ऊर्जा को परावर्तित करती है और अवशोषित नहीं करती। दशमलव या प्रतिशत के रूप में अभिव्यक्त किया जाता है।)
Formula (सूत्र):-
.bmp)
.bmp)
Effects on Earth (पृथ्वी पर प्रभाव):-
> High albedo (e.g., snow, ice) → More reflection, less heating.
[उच्च एल्बेडो (जैसे बर्फ, बादल) → अधिक परावर्तन, कम ऊष्मा अवशोषण।]
> Low albedo (e.g., dark oceans, forests) → More absorption, more heating.
[निम्न एल्बेडो (जैसे महासागर, वन) → अधिक ऊष्मा अवशोषण, अधिक गर्मी।]
> Climate feedback loops (जलवायु प्रतिपुष्टि चक्र):- Melting ice decreases albedo → more absorption → warming → more ice melt (positive feedback loop).
[बर्फ पिघलने से एल्बेडो घटता है → अधिक ऊष्मा अवशोषण → अधिक गर्मी → और अधिक बर्फ पिघलती है (धनात्मक प्रतिपुष्टि चक्र)।]