Radiation energy budgets of the Earth and of the region of the Aegean Sea

The radiation energy budgets are referred to:

a) the inflow of solar radiation (insolation) towards the Earth's atmosphere and surface,

b) the outflow of the Earth's (infrared/ longwave) radiation from the top of the atmosphere to the space and

c) transmission (scattering, convection, diffusion, reflection, evaporation), absorption or re-emission of radiation energy (solar or Earth's) among the surface of the Earth, the atmosphere and the top of the atmosphere.

I had seen that there where radiation energy budgets for the whole planet (e.g. from NASA). However there where very few radiation energy budgets for certain places, at least in a simple image/ figure. Furthermore I couldn't find simplified information about the seasonal variance in radiation energy budgets. It is very important to know the seasonal fluctuations if we want to have a better understanding of a region's climate. The annual average values could be deceiving. For instance, in Larissa (Greece) the average annual temperature is 15,8 ^oC, but through the winter season and the summer season the mean temperature is 6,2 ^oC and 26,3 ^oC correspondingly. Furthermore we have daily fluctuations of the climatic characteristics (weather) which are also very important for the understanding of the climate.

I had the idea to make a figure of the radiation energy budget for the region of the Aegean Sea, like the figure NASA gives for the whole planet (http://science-edu.larc.nasa.gov/energy_budget/pdf/ERB-poster-combined-update-3.2014.pdf). Thus, I managed to make figures of radiation energy budget for the Aegean Sea in an annual base, but also for every season (winter, spring, summer, autumn). I do not know how reliable and scientifically correct is this effort but, for me, regardless all that, it was a chance to learn (and to discover) some things.

In every figure that I submit there is a summary of the most important information that I think someone can export by studying it.

In the end of this work, I present the sources (bibliography) which I used.

There is also an annex where I explain the methodology I used to make all these radiation energy budgets.

How to make a sundial

Several types of sundials exist. In this article guidance is given in order to make two types of sundials:

1. Equatorial sundial, and
2. Analemmatic sundial.

There is also a manual written about how to use the sundials and read the time properly.

The figures you are going to see apply for places in the Northern Hemisphere of the Earth. However, directions will be given in order to apply also for places in the Southern Hemisphere.

Let’s begin…:

Day length and sun’s trajectory over the sky (from an observer on Earth)

                                                                                                          Last updated: April 2020

It all started when I attended a professor’s lecture about the big ecosystems (biomes) on Earth: tundra, tropical rainforests, taiga, savanna, forests of temperate zone, deserts, mediterranean vegetation, and others. It was pointed out how temperature and humidity are crucial factors for the development of these biomes. As for the factor of temperature, various regions of the earth receive different amounts of the sun’s energy around the year. Even at the same region there are seasonal variations of sun’s energy distribution. During the summer the sun is higher in the sky (sun rays fall more vertically) compared to the winter. In the northern hemisphere sun rises from south-east and north-east during winter and summer correspondingly. And sets to the south-west and north-west respectively. In the northern hemisphere (latitudes > 23.5^o) the sun’s trajectory over the sky has south orientation. In the southern hemisphere (latitudes > 23.5^o) the sun’s trajectory over the sky has north orientation. At latitudes close to the equator (< 23.5^o north or south) the sun’s trajectory over the sky has north orientation during some days or months and south orientation during the rest (days or months) of the year. Day length is longer during the summer season and shorter during the winter season. As we approach the poles of the earth, day length has greater variations. For example, at regions on the equator the sun is 12 hours above the horizon, every day, throughout the year. Near the North (or South) Pole, for several months the sun does not set (it is above the horizon) and again for several months over the year the sun is below the horizon!

Ισοζύγια ενέργειας ακτινοβολιών της Γης και της περιοχής του Αιγαίου πελάγους

                                                                                      Τελευταία ενημέρωση: Ιούνιος 2020

Ισοζύγια ενέργειας ακτινοβολιών της Γης και της περιοχής του Αιγαίου πελάγους

Τα ισοζύγια ενέργειας ακτινοβολιών αναφέρονται σε

α) εισροές ηλιακής ακτινοβολίας προς την επιφάνεια της Γης,

β) εκροές γήινης (υπέρυθρης) ακτινοβολίας, η οποία εκπέμπεται πίσω στο διάστημα,

γ) μεταφορά (σκέδαση – αγωγή – διάχυση - εξάτμιση ), απορρόφηση ή επανεκπομπή  ποσών ενέργειας ακτινοβολίας (ηλιακής και γήινης) μεταξύ της επιφάνειας της Γης και της ατμόσφαιρας.

Έβλεπα ότι υπήρχαν ισοζύγια ενέργειας για ολόκληρο τον πλανήτη Γη (π.χ. από τη NASA), αλλά δεν υπήρχαν αντίστοιχα ισοζύγια ενέργειας για μεμονωμένες περιοχές του πλανήτη, τουλάχιστον σε πιο απλή μορφή. Επιπλέον δεν υπήρχε (ή τουλάχιστον δεν τα εντόπισα στο διαδίκτυο) απλοποιημένη πληροφορία για τις εποχιακές διακυμάνσεις. Είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε τις εποχιακές διακυμάνσεις αν θέλουμε να κατανοήσουμε καλύτερα το κλίμα μιας περιοχής. Οι ετήσιοι μέσοι όροι μπορεί να είναι παραπλανητικοί. Για παράδειγμα στη Λάρισα, μπορεί η μέση ετήσια θερμοκρασία να είναι 15,8 ^oC, αλλά την περίοδο του χειμώνα και του καλοκαιριού η μέση θερμοκρασία είναι 6,2 ^oC και 26,3 ^oC αντίστοιχα. Επιπλέον έχουμε και τις ημερήσιες διακυμάνσεις των κλιματικών χαρακτηριστικών (καιρός) που είναι πολύ σημαντικές στην κατανόηση του κλίματος.

Είχα την ιδέα να φτιάξω ένα σχεδιάγραμμα του ισοζυγίου ενέργειας ακτινοβολιών για την περιοχή του Αιγαίου πελάγους, στα πρότυπα του αντίστοιχου σχεδιαγράμματος που δίνει η NASA για ολόκληρο τον πλανήτη (http://science-edu.larc.nasa.gov/energy_budget/pdf/ERB-poster-combined-update-3.2014.pdf  ). Έτσι έφτιαξα αντίστοιχα σχεδιαγράμματα για το Αιγαίο πέλαγος, τόσο σε ετήσια βάση όσο και ανά εποχή (χειμώνα – άνοιξη – καλοκαίρι – φθινόπωρο). Δεν ξέρω κατά πόσο αξιόπιστη είναι αυτή η προσπάθεια, αλλά νομίζω ότι ανεξάρτητα από όλα αυτά για μένα ήταν μια ευκαιρία για να μάθω (και να ανακαλύψω!) κάποια πράγματα.

Σε κάθε σχεδιάγραμμα (σχήμα) που παραθέτω υπάρχει και μια περίληψη των σημαντικότερων πληροφοριών που μπορεί κάποιος να «αντλήσει» μελετώντας το.

Στο τέλος της παρούσας ανάρτησης παραθέτω την βιβλιογραφία που χρησιμοποίησα. Επιπλέον υπάρχει και ένα Παράρτημα όπου εξηγείται η μεθοδολογία που ακολούθησα από την οποία προέκυψαν τα αποτελέσματα των ισοζυγίων ενέργειας ακτινοβολιών.

Συσκευασία, μεταφορές και περιβάλλον

                                                                                                 Τελευταία ενημέρωση: Ιανουάριος 2013

Ερώτημα:

Πόση πρωτογενής ενέργεια ισοδύναμη σε μονάδες (λίτρα) αργού πετρελαίου απαιτείται για τη συσκευασία και τη μεταφορά νωπών τροφίμων από χώρες του εξωτερικού στη χώρα μας;

Το παραπάνω ερώτημα το είχα θέσει για να δω πόσο σημαντικές είναι οι μεταφορές και η συσκευασία στην κατανάλωση ενέργειας στον πλανήτη (ενέργεια η οποία προέρχεται κατά κύριο λόγο από την άμεση ή έμμεση χρήση ορυκτών καυσίμων – πετρελαίου, γαιάνθρακα, κλπ.).

Πλαστικές σακούλες για ψώνια

                                                                                        Τελευταία ενημέρωση: Ιανουάριος 2013

Πόσο “καλές” ή “κακές” μπορούν να χαρακτηριστούν οι σακούλες για τα ψώνια μας; Δεν είναι εύκολο να κρίνουμε. Το παρακάτω άρθρο αποτελείται από δύο (2) διαφορετικά κείμενα και επιχειρεί μια προσέγγιση με στόχο να κεντρίσει το ενδιαφέρον για την αναζήτηση/ έρευνα. Γιατί όσο πιο πολύ ψάχνεις κάτι τόσο πιο πολλά ερωτήματα γεννιούνται.

Στάθμη της θάλασσας

                                                                                            Τελευταία ενημέρωση: Ιανουάριος 2013

Τον Ιανουάριο του 2012 παρατήρησα ότι η στάθμη της θάλασσας, στην περιοχή που μένω (κοντά στο Ηράκλειο της Κρήτης), είναι πιο χαμηλά σε σχέση με το καλοκαίρι. Εκτιμώ ότι η υποχώρηση αυτή φτάνει περίπου τα 40-50 cm. Δεν πρόκειται για φαινόμενο που μεταβάλλεται στη διάρκεια της ημέρας (όπως οι παλίρροιες), αλλά φαίνεται να είναι πιο σταθερό. Οι παρατηρήσεις μου γίνονταν σε ημέρες που δεν φυσούσε και επομένως δεν υπήρχαν κύματα. Από τις αρχές Απριλίου 2012 παρατήρησα ότι η στάθμη της θάλασσας είχε ήδη αρχίσει να ανεβαίνει. Τον Ιανουάριο του 2013 παρατήρησα ότι η στάθμη της θάλασσας ήταν και πάλι χαμηλότερα από ότι σε σχέση με το καλοκαίρι. Αναρωτιόμουν που μπορεί να οφείλεται αυτό το φαινόμενο. Έτσι άρχισα να ψάχνω για να βρω εξηγήσεις για την περιοδική αυξομείωση της στάθμης της θάλασσας.

Περπάτημα ή τρέξιμο ή…;

                                                                                                       Τελευταία ενημέρωση: 30/04/2020

Πρόλογος

Ένα κοινό γνώρισμα όλων των ζωικών οργανισμών είναι η δυνατότητα (μετα)κίνησης. Έτσι και ο άνθρωπος φαίνεται πως είναι προορισμένος από τη φύση του να (μετα)κινείται. Αυτό ισχύει περισσότερο στα παιδιά, μοιάζουν να είναι αεικίνητα! (σκουλήκια έχει ο πωπός τους;!!!). Πριν την βιομηχανική επανάσταση, ο άνθρωπος κινούνταν περισσότερο, ενώ πολλές εργασίες τις έκανε με τα χέρια του. Ωστόσο και στις μέρες μας ο σύγχρονος άνθρωπος γνωρίζει τη σημασία που έχει η κίνηση στη διατήρηση της υγείας του. Η μετακίνηση σημαίνει κατανάλωση θερμίδων (ενέργειας). Από την άλλη, καθώς ο ρυθμός της ζωής είναι πιο γρήγορος και περισσότερο πολύπλοκος από ότι παλιότερα, ο άνθρωπος λαμβάνει σοβαρά υπόψη του και τον χρόνο που θα κάνει για να μετακινηθεί.   

Ένας τζίτζικας φέρνει το καλοκαίρι;

                                                                                                  Τελευταία ενημέρωση: Νοέμβριος 2012

Το τζιτζίκι ή ο τζίτζικας ή ο τέττιξ στα αρχαία ελληνικά.

Είναι σήμα κατατεθέν του καλοκαιριού, στην Ελλάδα τουλάχιστον. Όταν το ακούμε καταλαβαίνουμε ότι έχει μπει το καλοκαίρι. Αν και είναι φωνακλάς, δεν τον παρεξηγούμε. Ξέρουμε ότι πραγματικά χαίρεται να τραγουδάει και, αν και λίγο φάλτσος, το "τραγούδι" του μας ηρεμεί σαν να μας λέει "τι κάθεστε; χαρείτε όσο μπορείτε τις καλές ημέρες, με ακούτε; όχι ε; καλά να σας το ξαναθυμίσω...".

Μαργαρίτες

                                                                                                    Τελευταία ενημέρωση: Ιανουάριος 2013

Αναρωτιόμουν τι είναι αυτό που κάνει τα ετήσια φυτά να προετοιμάζονται για να ανθίσουν. Στην Κρήτη κάνει συχνά καλό καιρό το χειμώνα (ηλιοφάνεια και σχετικά δροσιά). Έβλεπα ότι οι μαργαρίτες ξεκινούσαν να αναπτύσσονται γρήγορα τον χειμώνα (να βγάζουν βλαστούς και φύλλωμα) και πριν έρθει επίσημα η άνοιξη, αρκετές είχαν ήδη ανθίσει. 

Διάρκεια ημέρας και θέση του ήλιου στον ουρανό

                                                                                               Τελευταία ενημέρωση:1 Μαϊου 2021

Αναρωτιόμουν γιατί το καλοκαίρι η ημέρα διαρκεί περισσότερο από ότι το χειμώνα. Επίσης παρατηρούσα ότι ο ήλιος βρίσκεται πιο ψηλά το καλοκαίρι (οι ακτίνες του πέφτουν περισσότερο κάθετα) σε σχέση με τον χειμώνα. Μάλιστα έχουμε ακούσει ότι στους πόλους η ημέρα (ή η νύχτα αντίστοιχα) διαρκούν για μήνες. Έτσι άρχισα να ψάχνω τρόπους να μπορώ να τα υπολογίζω…

Τα φυτά καθαρίζουν τον αέρα

                                                                                       Τελευταία ενημέρωση: Ιούνιος 2020 

Λένε ότι τα φυτά στις πόλεις (δέντρα, θάμνοι, πόες) καθαρίζουν την ατμόσφαιρα. Γιατί όμως; Με ποιον τρόπο το επιτυγχάνουν;

Ας κάνουμε τώρα κάποιους υπολογισμούς:

Η ελαιοκαλλιέργεια στην Κρήτη

                                                                     Τελευταία ενημέρωση: Απρίλιος 2011

Ερώτημα: Αν ο πληθυσμός της Κρήτης μπορούσε να τραφεί αποκλειστικά με ελιές και ελαιόλαδο, οι θερμίδες που αντιστοιχούν από την ντόπια παραγωγή (ανά κάτοικο και ημέρα) θα επαρκούσαν;

 

Πόσο μακριά βλέπουμε στον ορίζοντα;

                                                               Τελευταία ενημέρωση: Ιούνιος 2020 

Θα έχετε όλοι παρατηρήσει πως, όταν κοιτάμε από κάπου ψηλά (π.χ. από ένα βουνό) βλέπουμε και πιο μακριά στον ορίζοντα.

Παρακάτω θα σας υποδείξω έναν τρόπο να υπολογίζετε πόσο μακριά μπορείτε να δείτε στον ορίζοντα, ανάλογα με το ύψομετρο πάνω από τη θάλασσα όπου βρίσκεστε.

Καλωσόρισμα (Welcome)

                                                                                       Τελευταία ενημέρωση: Μάϊος 2020

Αγαπητοί περιηγητές του διαδικτύου,

καλωσορίσατε στο ιστολόγιό μου που το ονόμασα "Ελέφαντας-Υπολογισμοί".

Το ιστολόγιο αυτό αποτελεί έναν προσωπικό τρόπο έκφρασης. Σε κάποιες από τις αναρτήσεις φιλοδοξώ ότι έχω προσδώσει χαρακτηριστικά που βοηθούν στη μάθηση.  

Δεν ισχυρίζομαι ότι αυτά που γράφω έχουν επιστημονική εγκυρότητα. Εξάλλου η διαδικασία της μάθησης είναι συνεχής και απαιτεί προσπάθεια από εκείνον που θέλει να μάθει (να παρατηρήσει, να συγκρίνει, να ερευνήσει, να ελέγξει, να αξιολογήσει, κλπ.). Όλοι μαθαίνουμε καινούρια πράγματα στη διάρκεια της ζωής μας, αλλά τα μαθαίνουμε μόνο όταν οι ίδιοι κοπιάσουμε. Κάπου είχα διαβάσει ότι η μάθηση που έχουμε εμπεδώσει αντανακλάται στη συμπεριφορά μας, στη στάση μας και στις αξίες που ενστερνιζόμαστε κάθε φορά στα διάφορα στάδια της ζωής μας.  

Και πάλι καλωσορίσατε!

Dear explorers of the web,

welcome to my blog which I have called "Elephant-Calculations".

This blog is a personal way of expression. In some posts I expect to have given attributes that help in learning. 

I do not claim that my opinions have scientific integrity.

Welcome again!

Πώς να φτιάξετε ένα ηλιακό ρολόι

                                                                                             Τελευταία ενημέρωση: Μάϊος 2020

Παρακάτω παραθέτω πληροφορίες για το πως μπορεί κάποιος να φτιάξει ένα ηλιακό ρολόι.
Δίνονται οδηγίες σχεδίασης, κατασκευής και χρήσης για δύο (2) τύπους ηλιακών ρολογιών: 
α) Iσημερινού τύπου (equatorial type sundial)
β) Αναλημματικό (analemmatic sundial)