Количество солнечной энергии, которое получает поверхность, зависит не только от потока излучения, но и от способности поверхности его отражать. Эту способность описывают альбедо. Показатель используют в метеорологии, климатологии, гляциологии, гидрологии, дистанционном зондировании и при моделировании энергетического баланса Земли.
Определение
В климатологии альбедо — отношение отражённого потока солнечного, то есть коротковолнового, излучения к потоку, падающему на поверхность. Это безразмерная величина: её записывают от 0 до 1 или в процентах. Значение, близкое к нулю, означает преимущественное поглощение излучения, а близкое к единице — преимущественное отражение. Определение согласуется с глоссарием Шестого оценочного доклада IPCC[3] и формулировкой WMO/GCOS для климатических наблюдений.
Альбедо нельзя понимать как неизменное «свойство цвета». Результат зависит от длины волны, направления падающего света, геометрии наблюдения, состояния поверхности и того, учитывают ли прямое или суммарное излучение. Поэтому значения, полученные разными методами или для разных спектральных диапазонов, сопоставляют только при известных условиях измерения.
От чего зависит альбедо
На отражение влияют состав, структура, влажность и шероховатость поверхности. Для снега существенны возраст, загрязнение, размер зёрен и наличие талой воды; для растительности — видовой состав, плотность и сезонное состояние покрова; для почвы — минералогия, влажность и содержание органического вещества. Альбедо воды особенно чувствительно к высоте Солнца, облачности и волнению.
В работе Л. О. Нееловой, размещённой в архиве МГУ, показано, что параметризация для атмосферных моделей должна учитывать тип подстилающей поверхности. Автор отдельно рассматривает открытые моря, снег и морской лёд, степи, леса, пустыни и полупустыни. Это подчёркивает, почему одно справочное число нельзя механически применять ко всем территориям и сезонам.
Поверхностное и планетарное альбедо
Поверхностное альбедо относится к отражению на границе земной поверхности. Планетарное альбедо характеризует долю поступающей солнечной радиации, которую система Земля — атмосфера возвращает в космос. На планетарный показатель воздействуют не только океан, суша, снег и лёд, но также облака и аэрозоли. Поэтому изменение поверхности не переносится на планетарное альбедо в той же пропорции: часть излучения поглощается и рассеивается в атмосфере.
Роль в радиационном балансе
Отражённая энергия не участвует в нагревании данной поверхности. При прочих равных условиях уменьшение альбедо означает большее поглощение коротковолнового излучения, а увеличение — меньшее. Неелова отмечает, что корректный учёт этого параметра необходим для расчёта радиационного баланса подстилающей поверхности и связанного с ним температурного режима атмосферы.
В реальной климатической системе последствия нельзя определять только по альбедо: одновременно меняются облачность, влажность, теплообмен, растительность и циркуляция атмосферы. Поэтому показатель является важной входной величиной модели, но не самостоятельным прогнозом температуры.
Обратная связь снега и льда
Снег и лёд обычно отражают больше солнечного излучения, чем открытая вода или лишённая снега поверхность. Академик РАН Владимир Семёнов объясняет связанную с этим положительную обратную связь: потепление уменьшает площадь светлого снежно-ледового покрова, более тёмная поверхность поглощает больше энергии, что способствует дальнейшему нагреванию. IPCC относит изменения морского льда и сезонного снежного покрова к основным составляющим обратной связи поверхностного альбедо на многолетних масштабах.
Слово «положительная» здесь означает усиление первоначального изменения, а не его полезность. Сила связи зависит от сезона, широты, облачности и состояния снега или льда, поэтому её оценивают с помощью наблюдений и моделей.
Как измеряют альбедо
На площадке альбедо определяют по отношению направленного вниз и отражённого вверх потоков коротковолнового излучения, измеренных радиометрами. Спутниковые приборы позволяют получать пространственно непрерывные продукты, но требуют атмосферной коррекции и учёта геометрии освещения и наблюдения. Для климатического мониторинга важны сопоставимые временные ряды, сведения о спектральном диапазоне, облачности и алгоритме обработки.
Практическое значение
Карты альбедо применяют в прогнозе погоды и климата, расчётах таяния снега и льда, оценке водного и энергетического баланса, исследованиях изменений землепользования и контроле качества спутниковых данных. В экологических исследованиях показатель помогает анализировать последствия пожаров, вырубок, восстановления растительности и изменения снежного покрова, но интерпретируется вместе с температурой, влажностью, потоками тепла и характеристиками экосистемы.