نمایش مبدأ برای تابش پراکنده آسمان

[[پرونده:Rayleigh_sunlight_scattering.png|بندانگشتی| در [[اتمسفر زمین|جو زمین]]، میزان پراکندگی غالب [[آبی آسمانی|نور آبی]] با نور [[طیف مرئی|قرمز یا سبز]] مقایسه می‌شود. پراکندگی و جذب، عوامل اصلی [[تضعیف|کاهش]] تابش نور خورشید توسط جو هستند. در طول [[نور روز|روز روشن]]، به دلیل [[پراکنش ریلی]]، آسمان آبی است، در حالی که در حوالی طلوع یا غروب خورشید و به ویژه در هنگام [[گرگ‌ومیش|گرگ و میش]]، جذب تابش [[ازون]] به حفظ رنگ آبی در آسمان عصر کمک می‌کند. در طلوع یا غروب خورشید، پرتوهای خورشیدی به صورت مماس، ابرها را با رنگ‌های نارنجی تا قرمز روشن می‌کنند.]]
[[پرونده:Spectrum_of_blue_sky.svg|بندانگشتی| طیف مرئی، از حدود ۳۸۰ تا ۷۴۰ نانومتر (nm)، باند جذب آب اتمسفر و [[خطوط فراون‌هوفر|خطوط فراون هوفر]] خورشیدی را نشان می‌دهد. طیف آسمان آبی در طول موج‌های ۴۵۰–۴۸۵ نانومتر، با طول موج‌های رنگ آبی ظاهر می‌شود.]]
'''تابش پراکنده آسمان''' [[تابش خورشیدی]] است که پس از [[پراکندگی|پراکنده شدن]] پرتو مستقیم خورشید توسط [[مولکول]]‌ها یا [[ذرات معلق|ذرات]] موجود در [[اتمسفر زمین|جو]] به سطح [[زمین]] می‌رسد. به آن '''درخشش آسمان''' نیز می‌گویند که فرایند تعیین‌کننده برای تغییر رنگ‌های [[آسمان]] است. تقریباً ۲۳ درصد از تابش [[نور خورشید]]، از پرتو خورشیدی به دلیل پراکندگی در جو حذف می‌شود. از این مقدار (تابش فرودی)، در نهایت حدود دو سوم به عنوان تابش انتشاری فوتون به زمین می‌رسد.

فرآیندهای پراکندگی تشعشعی غالب در جو عبارتند از [[پراکنش ریلی|پراکندگی ریلی]] و پراکندگی مای که [[پراکندگی کشسان|الاستیک]] هستند، به این معنی که یک فوتون نور می‌تواند بدون جذب و بدون تغییر طول موج، از مسیر خود منحرف شود.

زیر یک آسمان ابری، نور مستقیم خورشید وجود ندارد و تمام نورها از تابش پراکنده آسمان ناشی می‌شوند.

بر اساس تجزیه و تحلیل پیامدهای فوران آتشفشان کوه پیناتوبوی فیلیپین (در ژوئن ۱۹۹۱) و همین‌طور مطالعات دیگر، نور پراکنده، به دلیل ساختار و رفتار ذاتی خود، می‌تواند برگ‌های زیر سایه بدنه گیاهان را روشن کند و فتوسنتز کل گیاه را کارآمدتر کند. در غیر این صورت، این در تضاد کامل با تأثیر آسمان صاف با نور مستقیم خورشید است که بر روی برگ‌های زیرین سایه می‌اندازد و در نتیجه فتوسنتز گیاهان را به لایه بالایی محدود می‌کند.

== رنگ ==
[[پرونده:Trees-sky.jpg|بندانگشتی| آسمان روشن در طول روز، هنگامی که به سمت [[سرسو]] قرار می‌گیرد.]]
[[اتمسفر زمین]] نور را با [[طول موج]] کوتاه، موثرتر از طول موج‌های بلندتر پراکنده می‌کند. از آنجایی که در طول موج‌های کوتاه‌تر، نور آبی و نورهای با طول موج بلندتر، قرمز یا سبز هستند، بنابراین رنگ آبی بیشتر از رنگ‌های دیگر، پراکنده می‌شود. از این رو، نتیجه آن این است که هنگام نگاه کردن به آسمان، خارج از نور مستقیم [[نور خورشید|خورشید]]، [[چشم انسان]] آسمان را آبی درک می‌کند.<ref>"[http://search.eb.com/eb/article-9062822 Rayleigh scattering]." ''Encyclopædia Britannica''. 2007. Encyclopædia Britannica Online. retrieved November 16, 2007.</ref> رنگی که از آسمان درک می‌شود، شبیه به رنگ آبی تک رنگ (در طول موج ۴۷۴ تا ۴۷۶ نانومتر) است که با نور سفید مخلوط شده باشد که یک نور آبی [[رنگارنگی|غیر اشباع]] است.<ref>{{Cite journal|last=Glenn S. Smith|date=July 2005|title=Human color vision and the unsaturated blue color of the daytime sky|url=http://www.patarnott.com/atms749/pdf/blueSkyHumanResponse.pdf|journal=American Journal of Physics|volume=73|issue=7|pages=590–597|bibcode=2005AmJPh..73..590S|doi=10.1119/1.1858479}}</ref> این توضیح رنگ آبی آسمان توسط ریلی (Rayleigh) در سال ۱۸۷۱، یک مثال معروف از کاربرد [[تحلیل ابعادی]] برای حل مسائل فیزیک است.<ref>{{Cite web|url=https://application.wiley-vch.de/books/sample/3527403205_c01.pdf|title=Craig F. Bohren, "Atmospheric Optics", Wiley-VCH Verlag GmbH, page 56.|website=wiley-vch.de|accessdate=April 4, 2018}}</ref>

پراکندگی و جذب عوامل اصلی [[تضعیف|کاهش]] تابش نور خورشید توسط جو هستند. پراکندگی تابعی از نسبت [[اندازه ذره|قطر ذرات معلق]] در اتمسفر، به طول موج تابشی است. وقتی این نسبت کمتر از یک دهم باشد، [[پراکنش ریلی|پراکندگی رایلی]] رخ می‌دهد. در این مورد، ضریب پراکندگی به‌طور عکس با توان چهارم طول موج تغییر می‌کند. در نسبت‌های بزرگ‌تر، پراکندگی به شکل پیچیده‌تری تغییر می‌کند، همان‌طور که برای ذرات کروی توسط تئوری مای توضیح داده شد. قوانین [[نورشناسی هندسی]] در نسبت‌های بالاتر عمل می‌کنند.

هر روز در هر مکانی از جهان که [[طلوع خورشید|طلوع]] یا [[غروب]] خورشید را تجربه می‌کند، بیشتر پرتوهای نور مرئی خورشید، تقریباً مماس به سطح زمین می‌رسد. در این مواقع، [[مسیر نوری|مسیر]] نور خورشید از طریق جو مسیر طولانی تری را طی می‌کند به طوری که بخش بیشتری از نور آبی یا سبز پراکنده می‌شود. به همین دلیل است که هنگام تماشای غروب یا طلوع خورشید، به دلیل این پدیده، پرتوهای خورشید و ابرهایی را که روشن می‌کند، به رنگ‌هایی که نارنجی تا قرمز در آن بیشتر است، دیده می‌شود.

هنگام قرار گرفتن خورشید در [[سرسو]] و در روز روشن، آسمان به دلیل [[پراکندگی رایلی]] آبی رنگ است که علاوه بر آن، تأثیر گازهای [[مولکول دواتمی|دو اتمی]] مانند نیتروژن و اکسیژن هم مؤثر است. نزدیک غروب آفتاب و به ویژه در هنگام [[گرگ‌ومیش|گرگ و میش]]، جذب توسط [[ازون]] به‌طور قابل توجهی به حفظ [[ساعات آبی|رنگ آبی]] در آسمان عصر کمک می‌کند.

== زیر آسمان ابری ==
اساساً هیچ نور خورشیدی در زیر آسمان ابری وجود ندارد، بنابراین تمام نور در ان مواقع، ناشی از تابش پراکنده آسمان است. شار نور خیلی وابسته به طول موج نیست زیرا قطرات آب موجود در ابرها، بزرگتر از طول موج نور هستند و همه رنگ‌ها را تقریباً به‌طور مساوی پراکنده می‌کنند. در این مواقع، نور مانند شیشه مات از میان ابرهای [[شفاف]] عبور می‌کند.

شدت دامنه از {{تقسیم|۱|۶}} نور مستقیم خورشید برای ابرهای نسبتاً نازک، تا {{تقسیم|۱|۱۰۰۰}} نور مستقیم خورشید در زیر ضخیم‌ترین ابرها در مواقع طوفان متفاوت است.

== بخشی از کل تابش ==
یکی از معادلات برای کل تابش خورشیدی به شرح زیر است:<ref>{{cite book|last1=Mukherjee|first1=D.|last2=Chakrabarti|first2=S.|title=Fundamentals of Renewable Energy Systems|url=https://books.google.com/books?id=fdxdezgeXAcC&pg=PA22|year=2004|publisher=New Age International|isbn=978-81-224-1540-7|page=22}}</ref>

: <math>H_t= H_b R_b + H_d R_d + (H_b+H_d) R_r </math>

که در آن ''<sub>Hb</sub>'' درخشش تابش پرتو، ''<sub>Rb</sub>'' ضریب شیب برای تابش پرتو، ''<sub>Hd</sub>'' تابش پراکنده، ''<sub>Rd</sub>'' ضریب شیب برای تابش پراکنده و ''<sub>Rr</sub>'' ضریب شیب برای تابش بازتابیده است.

''<sub>Rb</sub>'' به صورت زیر محاسبه می‌شود:

: <math>R_b=\frac{\sin(\delta) \sin(\phi-\beta)+ \cos(\delta)\cos(h) \cos(\phi-\beta)}{\sin(\delta) \sin(\phi)+ \cos(\delta)\cos(h) \cos(\phi)}</math>

که در آن ''δ'' [[مکان خورشید|موقعیت خورشید]]، ''Φ'' عرض جغرافیایی، ''β'' زاویه افقی و ''h'' [[زاویه ساعتی|زاویه ساعت]] خورشیدی است.

''R <sub>d</sub>'' به صورت زیر محاسبه می‌شود:

: <math>R_d=\frac{1+\cos(\beta)}{2}</math>

و ''R <sub>r</sub>'' به صورت زیر محاسبه می‌شود:

: <math>R_r=\frac{\rho(1-\cos(\beta))}{2}</math>

که ''ρ'' [[بازتابی]] مربوط به سطح است.

== کشاورزی و فوران کوه پیناتوبو ==
[[پرونده:Pinatubo_dust_layer.jpg|بندانگشتی| یک عکس شاتل فضایی (در مأموریت [[اس‌تی‌اس-۴۳|STS-43]]) از فراز [[آمریکای جنوبی]] که در ۸ اوت ۱۹۹۱ گرفته شده‌است. این عکس لایه دوگانه ابرهای آئروسل پیناتوبو (رگه‌های تاریک) را در بالای نوک ابرهای پایینی به تصویر می‌کشد.]]
فوران [[آتشفشان]] [[فیلیپین]] ([[کوه پیناتوبو]]) در ژوئن ۱۹۹۱ تقریباً {{تبدیل|10|km3|cumi|abbr=on}} مواد مذاب فوران کرد و ۱۷۰۰۰۰۰۰ [[تن (یکا)|تن متریک]] [[گوگرد دی‌اکسید|دی‌اکسید گوگرد]] (SO<sub>2</sub>) به هوا وارد کرد که ده برابر [[آتش‌سوزی‌های نفتی کویت|آتش‌سوزی کویت در سال ۱۹۹۱]] بود.<ref>{{cite book|author=John C McCain|author2=Muhammad Sadiq|author3=M Sadiq|title=The Gulf War Aftermath: An Environmental Tragedy|url=https://archive.org/details/gulfwaraftermath0004unse|publisher=Springer|date=1993|page=[https://archive.org/details/gulfwaraftermath0004unse/page/60 60]|isbn=978-0-7923-2278-8}}</ref>

این منجر به کاهش میانگین دمای جهانی حدود {{تبدیل|0.5|C-change|F-change|۱}} شد.<ref name="Science News">{{Cite web|url=http://www.thefreelibrary.com/Mt.+Pinatubo's+cloud+shades+global+climate.-a012467057|title=Mt. Pinatubo's cloud shades global climate|publisher=Science News|accessdate=2010-03-07}}</ref> از آنجایی که [[خاکستر آتشفشانی]] به سرعت از اتمسفر خارج می‌شود،<ref>{{Cite web|url=http://hvo.wr.usgs.gov/volcanowatch/archive/2007/07_03_08.html|title=Hawaiian Volcano Observatory|first=Volcano Hazards|last=Program|website=hvo.wr.usgs.gov|accessdate=April 4, 2018}}</ref>

اثرات منفی کشاورزی ناشی از اثرات فوران، تا حد زیادی کوتاه مدت بود و در ناحیه نسبتاً کوچکی در نزدیکی نقطه فوران، آن هم ناشی از پوشش ضخیم خاکستر بود.<ref>{{Cite web|url=http://pubs.usgs.gov/pinatubo/mercado/|title=Mercado|website=pubs.usgs.gov|accessdate=April 4, 2018}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://sites.google.com/site/earthsciencesystems/students-faculty/larissa-karan/mt-pinatubo-lk-lithosphere|title=Mt. pinatubo (LK): Biosphere - ESS|website=sites.google.com|accessdate=April 4, 2018|archive-date=۹ اكتبر ۲۰۲۰|archive-url=https://web.archive.org/web/20201009180743/https://sites.google.com/site/earthsciencesystems/students-faculty/larissa-karan/mt-pinatubo-lk-lithosphere|dead-url=yes}}</ref> با این حال، در سطح جهانی، علیرغم کاهش چند ماهه ۵ درصدی [[تابش خورشیدی|تابش کلی خورشید]] و کاهش ۳۰ درصدی نور مستقیم خورشید،<ref>{{Cite web|url=http://climate.envsci.rutgers.edu/pdf/TreeRingCorrection3.pdf|title=Cooling Following Large Volcanic Eruptions Corrected for the Effect of Diffuse Radiation on Tree Rings. Alan Robock, 2005. See Figure 1 for a graphic of the recorded change in solar iiradiation|website=rutgers.edu|accessdate=April 4, 2018}}</ref> هیچ تأثیر منفی بر کشاورزی جهانی نداشت.<ref name=":0">{{یادکرد وب|عنوان=Large Volcanic Eruptions Help Plants Absorb More Carbon Dioxide From the Atmosphere : News|نشانی=http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/view.php?id=22098|وبگاه=web.archive.org|تاریخ=2010-03-16|بازبینی=2024-03-01|archive-date=۱۶ مارس ۲۰۱۰|archive-url=https://web.archive.org/web/20100316225839/http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/view.php?id=22098|dead-url=yes}}</ref>
[[پرونده:ZeaMays.jpg|بندانگشتی| در زیر نور مستقیم خورشید، کم و بیش [[سایه]]‌های تیره‌ای که فتوسنتز را مختل می‌کنند، بر [[برگ]]‌های زیرین دیده می‌شود و در داخل [[توده درختی|توده]] گیاهی، نور مستقیم خورشید بسیار کمی می‌تواند وارد شود.]]
ضمن این که به‌طور شگفت‌انگیزی، افزایش ۳–۴ ساله<ref>{{Cite journal|last=Self|first=S.|date=August 15, 2006|title=The effects and consequences of very large explosive volcanic eruptions|journal=Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences|volume=364|issue=1845|pages=2073–2097|bibcode=2006RSPTA.364.2073S|doi=10.1098/rsta.2006.1814|pmid=16844649}}</ref> در [[بهره‌وری کشاورزی|بهره‌وری جهانی کشاورزی]] و رشد جنگلداری، به استثنای مناطق [[تایگا|جنگلی شمالی]] مشاهده شد.<ref name="dx.doi.org">[https://dx.doi.org/10.3402/tellusb.v66.21808 Evaluating aerosol direct radiative effects on global terrestrial ecosystem carbon dynamics from 2003 to 2010. Chen et al., ''Tellus B'' 2014; 66, 21808, Published by the international meteorological institute in Stockholm.]</ref>

روش کشف این موضوع به این شکل بود که در ابتدا، یک افت مرموز در سرعت پر شدن [[کربن دی‌اکسید|دی‌اکسید کربن]] (CO <sub>2</sub>) در جو مشاهده شد که در نموداری که به عنوان «منحنی کیلینگ» ([[:en:Keeling_Curve|Keeling Curve]]) شناخته می‌شود، ترسیم شده‌است.<ref>{{Cite web|url=http://climate.envsci.rutgers.edu/pdf/TreeRingCorrection3.pdf|title=Cooling Following Large Volcanic Eruptions Corrected for the Effect of Diffuse Radiation on Tree Rings. Alan Robock, 2005. See Figure 2 for a record of this|website=rutgers.edu|accessdate=April 4, 2018}}</ref>

این امر باعث شد بسیاری از دانشمندان تصور کنند که این کاهش به دلیل کاهش دمای زمین و به تبع آن کاهش سرعت تنفس گیاه و خاک است که نشان دهنده تأثیر مخرب لایه مه آتشفشانی بر کشاورزی در سطح است.<ref name=":0" />

با این حال، پس از بررسی، کاهش سرعت اضافه شدن دی‌اکسید کربن به اتمسفر با این فرضیه که نرخ تنفس گیاه کاهش یافته، مطابقت نداشت.<ref name=":0" /><ref>{{Cite web|url=http://research.eeescience.utoledo.edu/lees/papers_pdf/gu%20science%20paper%20mar%202003.pdf|title=Response of a Deciduous Forest to the Mount Pinatubo Eruption: Enhanced Photosynthesis. Gu et al. , 28 March 2003 Journal of Science Vol 299|website=utoledo.edu|accessdate=April 4, 2018|archiveurl=https://web.archive.org/web/20160304101728/http://research.eeescience.utoledo.edu/lees/papers_pdf/gu%20science%20paper%20mar%202003.pdf|archivedate=March 4, 2016}}</ref>

در عوض، این ناهنجاری سودمند<ref>{{Cite web|url=http://www.co2science.org/subject/v/summaries/volcanobio.php|title=CO2 Science|website=www.co2science.org|accessdate=April 4, 2018}}</ref> با افزایش بی‌سابقه رشد و تولید خالص<ref>http://earthobservatory.nasa.gov/Features/GlobalGarden/ Global Garden gets greener. NASA 2003</ref> حیات گیاهی مرتبط بود که منجر به افزایش اثر کربن بر فتوسنتز در سطح جهانی شد.<ref name=":0" />

مکانیسمی که با آن افزایش رشد گیاه امکان‌پذیر شد، این بود که کاهش ۳۰ درصدی نور مستقیم خورشید را می‌توان به صورت افزایش یا «تقویت» آن در میزان نور [[بازتاب پخشیده|بازتاب و پخش]] شده خورشید نیز بیان کرد.<ref name=":0" /><ref name="adsabs.harvard.edu">{{Cite journal|last=L.|first=Gu|last2=D.|first2=Baldocchi|date=December 1, 2001|title=Roles of volcanic eruptions, aerosols and clouds in global carbon cycle|journal=AGU Fall Meeting Abstracts|volume=2001|pages=B51A–0194|bibcode=2001AGUFM.B51A0194G}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://climate.envsci.rutgers.edu/pdf/TreeRingCorrection3.pdf|title=Cooling Following LargeVolcanic Eruptions Corrected for the Effect of Diffuse Radiation on Tree Rings. Alan Robock, 2005. Figure 1|website=rutgers.edu|accessdate=April 4, 2018}}</ref>

=== اثر نور تابشی پراکنده ===
[[پرونده:Canopy.jpg|بندانگشتی| نواحی پایینی درختان انبوه به خوبی روشن شده‌اند که به دلیل ابرهایی است که باعث ایجاد پراکنده شدن و ایجاد نور ملایم خورشید می‌شود و در نهایت امکان فتوسنتز برگ‌ها را در زیر سایه فراهم می‌کند.|220x220پیکسل]]
نورگیر پراکنده، به دلیل ماهیت ذاتی خود، می‌تواند برگ‌های زیر [[تاج‌پوش|تاج]] گیاهان را روشن کند و اجازه می‌دهد [[فتوسنتز]] کل گیاه کارآمدتر از آنچه غیر این بودکرده<ref name=":0" /> و همچنین باعث افزایش سرمایش تبخیری، از سطوح پوشش گیاهی گردد.<ref>{{Cite journal|last=Chakraborty|first=TC|last2=Lee|first2=Xuhui|last3=Lawrence|first3=David M.|date=2021|title=Strong Local Evaporative Cooling Over Land Due to Atmospheric Aerosols|journal=Journal of Advances in Modeling Earth Systems|volume=13|issue=5|bibcode=2021JAMES..1302491C|doi=10.1029/2021ms002491|issn=1942-2466|doi-access=free}}</ref>

در تضاد کامل با این وضعیت، برای آسمان کاملاً صاف و نور مستقیم خورشید که از آن حاصل می‌شود، سایه‌ها بر روی برگ‌های [[زیراشکوب (بوم‌شناسی)|زیرزمینی]] ریخته می‌شوند و فتوسنتز گیاهان را در لایه تاج بالایی آن‌ها بیشتر می‌کند.<ref name=":0" />

این افزایش بازده کشاورزی جهانی از لایه مه آتشفشانی، همچنین به‌طور طبیعی به عنوان نتیجه سایر ذرات معلق در هوا است که لزوماً از آتشفشان‌ها منتشر نمی‌شود که نمونه آن [[آلودگی هوا]] با دود نسبتاً غلیظ است و طی آن، همان سازوکار پدید خواهد آمد.<ref name="dx.doi.org"/><ref>Impact of atmospheric aerosol light scattering and absorption on terrestrial net primary productivity, Cohan et al. ''GLOBAL BIOGEOCHEMICAL CYCLES'' 2002 VOL. 16, NO. 4, 1090, {{DOI|10.1029/2001GB001441}}</ref><ref>Direct observations of the effects of aerosol loading on net ecosystem CO2 exchanges over different landscapes. Niyogi et al. ''Geophysical Research Letters'' Volume 31, Issue 20, October 2004 {{DOI|10.1029/2004GL020915}}</ref>





== منابع ==
{{پانویس|۲}}
[[رده:پدیده‌های اپتیکی جوی]]
[[رده:خورشید]]
[[رده:دید افقی]]
[[رده:صفحه‌هایی که از چندستونه با پارامتر کوچک استفاده می‌کنند]]
[[رده:نور]]