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2023-07-22 04:50

科学家们发现了地球上阳光最充足的地方,就像站在金星上一样

位于南美洲西海岸附近的是安第斯山脉附近的一个大平原,阿塔卡马沙漠的高原。海拔4000多米,这个地球上普遍寒冷干燥的地方比地球上任何其他地方都能接收到更多的阳光——比海拔更高、靠近赤道的地方更耀眼。事实上,高原可以看到和金星一样多的太阳。

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最近发表在《美国气象学会公报》上的一项研究测量了高原上每平方米2177瓦的太阳辐照度(从太阳到地球的光能输出)的世界纪录,高原也是地球上第二高的广阔高原。这比我们大气层顶部的辐射要高得多,大气层顶部每平方米的辐射量约为1360瓦。

研究报告的作者、荷兰格罗宁根大学的气候学家劳尔·科德罗说:“这实际上是你在夏天站在金星上所接收到的辐射。”他说,这个比较“令人难以置信”,因为金星离太阳的距离比地球近28%。

平均而言,高原上的太阳辐照度约为每平方米308瓦,仍然是世界上最高的。Cordero说,Altiplano地区的太阳能潜力平均大约是中欧和美国东海岸的两倍。

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科尔德罗说:“如果你暴露在如此高的辐射危险中,你必须保护你的皮肤。”“在这个特定的地点,对于在那里工作的人来说……他们意识到辐射很高,但现在我们知道辐射到底有多高。”

以前的卫星数据显示,这个地区是地球上接受阳光最多的地区,但这项新研究分析了新的测量结果,以帮助解释为什么这个地区经历了如此极端的辐射。测量是在查南托高原进行的,这是一个海拔超过5000米的广阔平原,意思是“起飞的地方”。它主持了包括阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)在内的主要天文项目。

研究小组发现,极端辐射可以追溯到该地区稀薄的高空云层。

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Cordero解释说,云层经常阻挡阳光或将辐射反射回太空,但在这个位置,薄而碎的云层可以强烈地将太阳聚焦在表面上,这种现象被称为前向散射——就像拿起放大镜对着太阳一样。研究发现,这些云,通常是积云、卷云或卷层云,与无云的情况相比,可以将地表的太阳辐射增强80%。

这些云在南半球夏季的1月和2月最为明显。在南美季风期间,形成这些云的水汽来自亚马逊河。

太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)的地球科学家蒂坦卡尔·查克拉博蒂(tithankar Chakraborty)没有参与这项研究,他说:“让我震惊的是,在高原上的前向散射条件下,这个值可以变得如此之大。”“这是一项有趣的观测研究,研究了我们星球上可能出现的极端太阳现象,为地表短波辐射创造了新的记录。”

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美国宇航局的大气科学家Seiji Kato也没有参与这项研究,他对这项研究的结果并不感到惊讶。他说,当太阳辐射通过大气传播时,它被水蒸气吸收,并被云层和气溶胶散射。但是,位于水蒸汽层之上的高海拔地区,云和气溶胶较少,会接收到更多的阳光。

科德罗说,这些云也出现在其他高海拔地区,如喜马拉雅高原,但它们仍然没有经历高太阳辐射值。

首先,北半球的夏天没有南半球的夏天那么强烈。在南半球的夏季,地球轨道离太阳更近,并在1月初到达近日点。因此,南半球的太阳辐照度比北半球高7%。

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其次,北半球从地表到太空的臭氧分子也比南半球多。大气中较高的臭氧分子起到天然防晒霜的作用,保护我们免受太阳辐射。

加藤指出,这项研究也只关注太阳向下的辐照度,但也要考虑其他辐射源。

例如,他说,火星表面也会接收大气发出的辐射,这是我们看不到的,对太阳能发电没有用处。但是,当云层(尤其是低层云层)出现在大气中时,他说,在无云的日子里,大气发出的辐射可能比太阳直接发出的辐射要大。这也是为什么在多云的冬夜站在外面会比在晴朗的冬夜感觉更温暖的原因。

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加藤说,如果你把太阳辐照度和大气辐照度都加起来,美国宇航局CERES卫星的数据显示,地球表面最大的辐照度出现在太平洋上空的赤道地区。加藤也是该卫星团队的一员。

阳光最充足的地方也不总是最热的地方。Chakraborty最近撰写的另一项研究确定了世界上人类最不舒服的地方,巴林、卡塔尔、沙特阿拉伯和巴基斯坦的城市名列前茅。此外,他和他的同事们发现,大多数极端高温和极端低温的城市地区通常都在中小城市。“太阳辐射通常与温度有关……但也会有例外,”他说。

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科尔德罗解释说,空气和地表温度不仅仅取决于太阳辐射。例如,由于海拔高,高原附近的大气相对较冷。邻近的太平洋在南极洲附近接收水流,也有助于使该地区比靠近地中海等温暖海洋的陆地保持凉爽。植被区也可能比干燥、干旱的地表更冷,因为植物通过蒸散作用使地表降温。

科尔德罗说,高原“不受巴林、中东或地中海地区热浪的影响”。