Altitudine si temperatura.

Question

Cantitate de energie solara ajunsa pe 1 m^2 aflat la nivelul marii/oceanului pare ca ar trebui sa fie mai mica decat cea primita de aceasi suprafata, dar aflata la o altitudine cu cativa Km mai mare: grosimea mult mai mare a stratului atmosferic reflectant, absorbant, filtrant, etc...; durata mai scurta de "insolatie", (Soarele "rasare" mai tarziu si "apune" mai devreme la parterul, decat in varful Burj Khalifa; distanta, cu cei cativa Km mai mare pana la Soare, etc.... Care este explicatia ca totusi temperatura este mai mare la altitudine mai mica?. Este si reala diferenta si semnul diferentei de energie solara primita.  Ar putea panourile solare sa aiba un randament superior, neluand in calcul faptul ca scaderea temperaturii mediului in care functioneaza/racirea lor naturala, imbunatateste randamentul?.

Answer 1

Nu am un răspuns prea bine conturat, dar se pare că ceilalți nu au deloc, așa că îl dau pe-al meu așa cum e (vorba aia, chiorul e rege în țara orbilor).

Mai întîi cu gradientul de temperatură. S-ar putea ca într-adevăr o parte din gradient să fie explicată de legile gazelor, mai exact de cea care spune că dacă comprimi un gaz într-un proces adiabatic el se încălzește. Și invers, dacă îl extinzi se răcește. Masele de aer care se mișcă în sus și în jos suferă procese cît de cît adiabatice, deci trecîndu-le de la o presiune la alta se constată încălzirea sau răcirea. Dar pentru asta aerul trebuie să se miște efectiv de la o altitudine la alta, altfel explicația cade. Dacă asta ar fi întreaga explicație atunci ar rămîne un mister de ce mai sus de troposferă (peste vreo 20 km) gradientul temperaturii se inversează (!), deși presiunea scade în continuare.

Dar grosul gradientului de temperatură e explicat de efectul de seră. Diferența majoră dintre două mase de aer, una aflată la nivelul mării și alta aflată pe vîrf de munte, este cît aer se găsește deasupra lor. Și anume la mare există un strat suplimentar de aer, cu o grosime de ordinul kilometrilor. Radiația solară venită de la soare este majoritar în spectrul vizibil, iar aerul e aproape perfect transparent în vizibil, ceea ce înseamnă că și la mare și la munte energia primită pe unitatea de arie este cam aceeași. În schimb radiația termică emisă de sol are destine diferite la mare și la munte. La mare radiația solului este mai intens absorbită de aer, care o reemite atît spre cosmos cît și spre sol, iar partea care se întoarce la sol produce o încălzire suplimentară. La munte o parte mai mare din radiația solului se duce direct în cosmos, pentru că nu prea mai are cine s-o absoarbă și s-o reemită; partea care se reîntoarce e semnificativ mai mică decît la mare.

După troposferă, unde aerul e rarefiat, efectul de seră e mult mai slab, iar gradientul de temperatură e dat majoritar de alte fenomene, legate tot de absorbția de radiație solară.

Acum cu panourile solare, în particular cele obișnuite, cu siliciu. Ele sînt sensibile în intervalul spectral de vizibil și infraroșu apropiat, iar aerul e foarte transparent în zona asta. Ca urmare diferența de radiație utilă primită de panouri la mare și la munte e mică. E drept totuși că la munte de obicei aerul e mai curat, pe lîngă că e mai subțire, deci e mai transparent și se obține ceva mai multă energie electrică de pe aceeași arie. Citesc undeva că diferența ar fi de circa 20% (include însă și efectul temperaturii asupra randamentului fotovoltaic). Pe de altă parte la unii munți clima locală e ceva mai noroasă, deci e greu de dat un răspuns clar. În plus contează mult și unde se află consumatorul. Degeaba alegi locul cel mai bine iradiat de soare dacă apoi ai nevoie de cabluri foarte lungi pentru a transporta energia acolo unde ai nevoie de ea.

Answer 2

Variatia de temperatura cu altitudinea  este normala si se datoreste variatiei de presiune (legile gazelor). Solul se incalzeste de la soare si de la caldura interna a pamantului si incalzeste aerul. Cand aerul cald de la sol urca, prin convectie sau peste un lant muntos, sufera o destindere si se raceste. Cand coboara sufera o comprimare si se incalzeste. Uneori, in conditii meteorologice deosebite, aerul de la inaltime este mai cald decat cel de la sol (inversiune termica).

Comments

Asta e explicația pe care o văd frecvent în lucrări și pe situri de popularizare. Eu n-o înțeleg, chiar dacă știu legile gazelor. De ce vorbim de deplasarea maselor de aer cînd de fapt același gradient există și cînd aerul nu se mișcă? Dacă ne aflăm la mare pe plajă și apoi urcăm la Sinaia la cota 2000, diferența de temperatură e evidentă, dar aerul nu a plecat de la mare la munte. Aerul ăla de la munte a rămas la munte, dar nu s-a încălzit la fel de mult ca cel de la mare. Întrebarea e de ce. Iar legile gazelor nu dau explicația.

---

Evident ca e normala, reala, naturala, "legala", dar inca nu am aflat ce legi o guverneaza. La fel ca AdiJapan vad si eu lucrurile. Valoarea/marimea diferentei de presiune nu pare sa justifice o diferenta atat de mare de temperaturi si e si contrara inversiunilor, care ar trebui sa fie si de presiuni, lucru care ar duce la fenomene meteo extreme. Cum am afirmat si in intrebare, cantitatea de radiatie totala pe m^2 primita de la Soare pare sa fie mai mare la altitudine, (ma refer la platouri uriase orizontale, eventual cu lacuri, incat ai putea avea impresia ca esti la mare, si la atmosfera calma), Temperatura la mica distanta de suprafata solului in mijlocul acestei suprafete nu difera cu mult de cea dintr-un punct situat pe orizontala la exteriorul ei, chiar daca acolo distanta verticala fata de sol este de mii de ori mai mare. Distanta mai mare fata de centrul Pamantului, nu inseamna ca si distanta fata de miezul lichid/fierbinte al lui este si ea mai mare, uneori chiar fiind exact invers. Cresterea temperaturii si presiunii aerului in zilele insorite ar trebui sa reduca tirajul cosurilor de fum, comparativ cu zilele ploioase, dar si aici se pare ca e invers.