GÜNEŞ RADYASYONU VE KÜRESEL ENERJİ DENGESİ

Prof. Dr. Murat TÜRKEŞ
Uzm. Bahar ÖZAY

Güneş ve Yer Işınımı

İklim sisteminin sıcaklık, basınç, rüzgâr, yağış, bulut ve nem gibi tüm öğeleri, yerküre/atmosfer sisteminin içindeki enerji transferi (taşınması) ve dönüşümlerinin bir sonucudur. Güneş, yerküre ve atmosfer, birlikte muazzam bir ısı motorunu oluşturur. Yeryüzüne ulaşan Güneş ışınları, ekvator ve çevresine yıl boyunca dik ve dike yakın açılarla geldiği için ekvatoral ve tropikal bölgeler daha fazla ısınır. Tropikler ile orta enlemler ve kutuplar arasındaki bu enerji ve sıcaklık farkı da genel atmosfer dolaşımı ile hava olaylarının oluşmasına neden olur (Türkeş, 2021a).

Tüm süreç, kuramsal olarak Güneş enerjisi atmosferin tepesine radyant enerji olarak ulaştığında başlar. Radyant enerji teknik olarak elektromanyetik radyasyona (ışınım) karşılık gelmesine karşın, kısaca Güneş ışınımı olarak da adlandırılır. Atmosferin üst sınırına ulaşan Güneş ışınımının tutarı, Güneş sabiti (Sc) olarak adlandırılır: Yerkürenin Güneş’ten olan ortalama uzaklığında (1.5 · 1011 m), Güneş sabitinin değeri Sc = 1367 W/m2 ’dir (∼1.96 kal/cm2 /dakika ya da 1.4 kW · m-2).

Yerküreyi ilgilendiren elektromanyetik ışınım iki başlık altında incelenebilir (Türkeş, 2010):
(1) Güneş’ten yerküreye ulaşan GKDB Güneş ışınımı
(2) Yeryüzünden salınan GUDB karasal ya da yer ışınımı

Güneş enerjisi, uzaydan yeryüzüne doğru taşındığı için atmosfer ile etkileşim içindedir. Güneş enerjisinin bir bölümü, atmosferden uzaya geri yansır, bir bölümü emilir ve ısıya dönüşür, bir bölümü de yeryüzüne geçer (transmisyon). Yeryüzüne işleyen ve orada emilen ışınım, yüzeyi ısıtır, suyu buharlaştırır, karları eritir ve toprak örtüsünü ısıtır. Bunun sonucunda, Güneş ışınımı, çeşitli enerji biçimlerine dönüşür. Sonunda bu enerji de atmosfere geçer, orada emilir ve uzun dalga boylu (UDB) ışınım olarak yeryüzüne ve uzaya doğru yeniden salınır.

Yerkürenin Hareketleri ve Yerküre-Güneş İlişkileri

Yerküre, Güneş enerjisinin iki milyarda birine karşılık gelen çok önemsiz bir bölümünü almaktadır. Eğer Güneş söndürülebilseydi, küresel rüzgâr sistemleri ve okyanus akıntıları hızla ortadan kalkardı. Bugünkü koşullarda, Güneş parladıkça rüzgârlar esecek ve hava olayları sürecektir.

Çizelge 1. (a)Yeryüzünün, (b) atmosferin ve (c) gezegenin (yeryüzü ve atmosfer birlikte, tüm yerkürenin) ısı enerjisi bütçesi (Türkeş, 2021a). Gelen ve giden ışınım değerleri, yüzde (%) ve parantez içinde W/m2 olarak veriliyor.

Yerkürenin, rotasyon, revolusyon ve presesyon olarak adlandırılan başlıca üç hareketi vardır (Şekil verilmedi). Rotasyon, yerkürenin kendi ekseni çevresindeki dönüşüdür. Yerkürenin kuzey ve güney kutup noktalarını birbirine bağlayan ekseni çevresinde 24 saatte tamamladığı bu hareketi sonucunda, gece ve gündüzün günlük döngüsü oluşur. Revolusyon, yerkürenin Güneş’in çevresindeki yörüngesini, başka bir deyişle ekliptik düzlemini izleyerek yaptığı dönüş hareketidir. Presesyon (yalpalama), Dünya’nın rotasyon sırasında, başını sallayan bir topaç gibi yalpalayarak yaptığı dönüş hareketidir. Presesyon hareketinin nedeni, Dünya’nın Ekvator bölgesinin şişkin ve ekseninin eğimli olması ve bunun sonucunda Güneş’in ve Ay’ın, yerkürenin çeşitli bölümleri üzerinde farklı çekim yapmalarıdır.

Yerkürenin Enerji Bütçesi

Atmosferin Güneş’e bakan dış yüzündeki bir alanda, bir metrekarelik bir yüzeye saniyede düşen enerji tutarının yaklaşık 1367 Watt (W) olduğunu ve bu değerin, kısa sürelerde değişmediği için Güneş sabiti olarak adlandırıldığını görmüştük. Ancak, gezegenimiz küre biçimli olduğu için, herhangi bir zamanda yarısı geceyi yaşar. Bu yüzden, atmosferin dış yüzeyindeki bir noktaya gelen ortalama enerji tutarının, gerçekte bu değerin yaklaşık dörtte birine (342 W/m2) düştüğü hesaplanmıştır (Çizelge 1c). Yerkürenin ışınım ya da ısı bütçesini daha kolay açıklayabilmek için atmosfere giren bu 342 W/m2 değerindeki GKDB Güneş radyasyonu % 100 ya da 100 birim kabul edilmiştir. Bu bölümde de bu yaklaşım izlenmiştir (Çizelge 1). Küresel enerji bütçesi (enerji dengesi), GKDB Güneş ışınımının ve GUDB yer ışınımının yeryüzündeki ve atmosferdeki bütçelerine (bilançolarına) bağlıdır.

Gezegensel olarak uzun bir zaman döneminde Güneş’ten sağlanan enerji ile yeryüzünden ve atmosferden uzaya salınan ve kaçan (yansıma ve saçılma ile) enerji tutarı dengede olmalıdır. Yerkürenin gider sütununu; yeryüzünden, atmosferden, aerosollerden ve bulutlardan yansıyan ve saçılan ışınım (107 W/m2), uzaya salınan atmosfer ışınımı (195 W/m2) ile sera gazları ve su buharı tarafından emilmediği için doğrudan uzaya salınan, spektrumun 8 ile 11 μm (mikrometre) dalga uzunlukları arasındaki uzun dalga boylu yer ışınımı (atmosfer penceresi, 40 W/m2 ) oluşturur (Çizelge 1c). Özetle, GKDB Güneş ışınımının yaklaşık % 31’i (yerkürenin ortalama albedosu) yeryüzünden ve atmosferden yansıyarak ve saçılarak; % 57’si atmosferden geri ışıyarak ve yaklaşık % 12’si yerden geri ışıyarak atmosfer penceresi yoluyla uzaya kaçar. Sonuçta, gelen Güneş enerjisi, gezegensel olarak, yansıma, saçılma ve ışınım yoluyla uzaya geri dönmüş olur. GKDB Güneş enerjisi ile GUDB kızılötesi ışınım arasındaki dengeyi değiştirebilecek birçok etmen vardır. Günümüzde bu dengeyi bozup iklimi değiştirme gücüne sahip olan etmenlerin başında, fosil yakıt yanması, arazi kullanımı değişiklikleri ve ormansızlaşma ve sanayi süreçleri gibi insan etkinlikleri geliyor (Türkeş, 2019).

6. ÇEVRE EĞİTİMİ ve İKLİM DEĞİŞİKLİĞİ

6.1. Atmosfer, Hava, İklim ve İklim Değişikliği İlişkisi

6.2. Türkiye İklimi ve Kurak Bölgeler

6.3. İklim ve Çevre Üzerindeki Etkiler

6.4. İklim Sisteminin Bileşenleri

6.5. Güneş Radyasyonu ve Küresel Enerji Dengesi

6.6. Doğal İklim Değişiklikleri: Levha Hareketleri ve Milankoviç Döngüleri

6.7. İnsan Kaynaklı İklim Değişiklikleri: Kuvvetlenen Sera Etkisi ve Küresel Isınma

6.8. İnsan Kaynaklı İklim Değişiklikleri: Fosil Yakıtların Yakılması ve Ormanlaştırma Bağlamında Küresel Isınma Sorunsalı

6.9. Aşırı Hava ve İklim Olayları: Sıcak Hava Dalgaları, Şiddetli Yağışlar ve Kuraklıklar

6.10. İklim Diplomasisi, Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi ve Kyoto Protokolü

6.11. BMİDÇS Paris Antlaşması ve Sonrası

6.12. İklim Değişikliği ile Mücadele Politikaları

6.13. İklim Değişikliğinden Etkilenebilirlik ve Uyum

6.14. İklim Değişikliği ve Enerji Verimliliği

6.15. İklim Değişikliği ve Kentler

6.16. İklim Değişikliği ve Yeşil Çatılar

6.17. İklim Değişikliği ve Tarıma Etkisi

6.18. Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları ve İklim Değişikliği

6.19. Hava, Su, Toprak Kirliliği ve Çevre Kirliliğinin Kontrolü

6.20. Atık Yönetimi ve Sıfır Atık