Prin absorbția energiei radiative a Soarelui, Pământul însuși devine o sursă de radiație. Cu toate acestea, radiația soarelui și radiația Pământului sunt în esență diferite. Radiația directă, împrăștiată și reflectată a Soarelui are o lungime de undă care se află în intervalul de la 0,17 până la 2-4 microni și se numește radiație cu undă scurtă. Suprafața încălzită a pământului, în funcție de temperatura sa, emite radiații în principal în gama de lungimi de undă de la 2-4 până la 40 de microni și se numește radiație cu undă lungă. În general, atât radiația soarelui cât și radiația Pământului au valuri de toate lungimile. Dar cea mai mare parte a energiei (99,9%) este în intervalul de lungime de undă specificat. Diferența în lungimea undelor de radiație ale Soarelui și ale Pământului joacă un rol important în regimul termic al suprafeței pământului.
Astfel, prin încălzirea razelor soarelui, planeta noastră în sine devine o sursă de radiație. Razele cu raze lungi sau termice emise de pe suprafața pământului, orientate de jos în sus, în funcție de lungimea de undă, sau care curg liber prin atmosferă sau sunt întârziate de aceasta. Se constată că radiația de valuri de 9-12 microni în lungime în mod liber curge în spațiul interstelar, ca urmare a cărei suprafață a pământului își pierde o parte din căldura sa.
Pentru a rezolva problema echilibrului termic al suprafeței terestre și a atmosferei, a fost necesară determinarea cantității de energie solară care intră în diferite regiuni ale Pământului și cât de mult din această energie este convertită la alte specii.
Încercările de a calcula cantitatea de energie solară ajunge la suprafața pământului fac parte din mijlocul secolului al XIX-lea, după primele instrumente actinometrical au fost create. Cu toate acestea, până în anii 1940 a început dezvoltarea largă a sarcinii de a studia echilibrul termic. Acest lucru a fost facilitat de largi stațiile de dezvoltare actinometrical în anii de după război, în special în timpul pregătirilor pentru Anul Geofizic Internațional. Numai în URSS numărul de stații de radiații solare Sus IGY a ajuns la 200. Aceasta a extins în mod semnificativ domeniul de aplicare al observațiilor la aceste stații. În plus față de măsurarea radiației solare de unde scurte, balanța de radiație determinate de suprafața pământului, adică. E. Diferența dintre radiația de unde scurte absorbită și o cantitate eficientă de radiație de lungime de undă lungă a suprafeței de bază. Pe un număr de stații de radiații solare au fost organizate monitorizarea temperaturii și umidității, la înălțimi. Acest lucru a făcut posibilă calcularea costurilor de încălzire pentru evaporare și schimbul de căldură turbulent.
În plus față de observațiile actinometrice sistematice efectuate pe o rețea de stații actinometrice la sol care utilizează același tip de program, în ultimii ani au fost efectuate lucrări experimentale pentru studierea fluxurilor de radiații într-o atmosferă liberă. În acest scop, măsurătorile sistematice ale echilibrului radiațiilor cu undă lungă la diferite înălțimi ale troposferei se realizează la mai multe stații folosind radiosondele speciale. Aceste observații, precum și datele privind fluxurile de radiații în atmosferă liberă, obținute cu ajutorul baloanelor libere, avioanelor, rachetelor geofizice și sateliților pământați artificiali, au făcut posibilă studierea regimului componentelor balanței de căldură.
Echilibrul termic al suprafeței Pământului și atmosfera, având în vedere afluxul de căldură și de a reveni la sistemul Pamant - atmosfera, reflectă legea conservării energiei. Pentru a echivala echilibrul termic al Pământului - atmosfera, ar trebui să ia în considerare toate căldură - primite și consumate - pe de o parte, tot pământul, împreună cu atmosfera, iar pe de altă parte - un teren de bază separat (cu hidrosfera și litosfera) și atmosfera. Absorbind energia radiantă a Soarelui, suprafața Pământului își pierde o parte din energia sa prin radiație. Restul se cheltuiește la încălzirea acestei suprafețe și a straturilor inferioare ale atmosferei, precum și la evaporare. Încălzirea suprafeței de bază este însoțită de disipare a căldurii în sol, dar în cazul în care solul este umed, consumul de căldură simultană și evaporarea umidității solului.
Astfel, echilibrul termic al Pământului, ca întreg, constă din patru componente.
Radiații (R). Se determină prin diferența dintre cantitatea de radiație solară absorbită de undă scurtă și radiația efectivă cu undă lungă.
Transferul de căldură în sol, care caracterizează procesul de transfer de căldură între suprafața și straturile mai profunde ale solului (A). Acest transfer de căldură depinde de capacitatea de căldură și de conductivitatea termică a solului.
Schimbul de căldură turbulent între suprafața pământului și atmosferă (P). Acesta este determinat de cantitatea de căldură pe care suprafata suportului o primește sau o dă atmosferei, în funcție de relația dintre temperaturile suprafeței subiacente și atmosferă.
Căldură epuizată (LE). Se determină prin produsul căldurii latente de vaporizare (L) prin evaporare (E).
Aceste componente ale balanței de căldură sunt legate între ele prin următoarea relație:
În conformitate cu calculele balanței de căldură a Pământului, radiația solară totală absorbită de suprafața pământului ca întreg este de 43% din radiația solară care ajunge la limita exterioară a atmosferei. Eficiența radiațiilor de la suprafața pământului este egală cu 15% din această valoare, echilibrul de radiație este de 28%, costul de încălzire pentru evaporare este de 23%, iar transferul de căldură turbulent este de 5%.
Să analizăm acum unele rezultate ale calculării componentelor balanței de căldură pentru sistemul Pământ-atmosferă. patru cărți sunt prezentate aici: radiația totală pe parcursul anului, balanța de radiație, pierderile de căldură prin pierderile prin evaporare și căldură în încălzirea aerului prin schimb de căldură turbulent împrumutat de la Atlas echilibrul termic al globului (ed Budyko.). Din harta prezentată în figura 10, că cele mai mari valori anuale ale radiației totale cade pe zona uscată a Pământului. În special, Sahara și deserturile arabe totală de radiatii pe an depășește 200 kcal / cm2 și la latitudini mari ambele emisfere nu depășește 60-80 kcal / cm2.
Figura 11 prezintă o hartă a echilibrului radiațiilor. Este ușor de observat că în latitudinile mari și medii, echilibrul de radiație crește spre latitudini joase, ceea ce este asociat cu o creștere a radiației totale și absorbite. Este interesant de remarcat faptul că, spre deosebire de izolinele radiației totale, izolațiile echilibrului radiațiilor în tranziția de la oceane către continente sunt rupte, ceea ce se datorează diferenței dintre albedo și radiația efectivă. Acestea din urmă sunt mai mici pentru suprafața apei, astfel încât echilibrul radiațiilor oceanelor depășește echilibrul radiațiilor de pe continente.
Cele mai mici sume anuale (aproximativ 60 kcal / cm2), caracteristic zonelor în care predomină înnorare ca în zone uscate unde valori ridicate de albedo și de a reduce în mod eficient echilibrul radiațiilor de emisie. Cel mai mare sold anual radiație totală (80-90 kcal / cm2) sunt tulbure tipice, dar relativ umed pădurilor tropicale și savane, unde sosirea radiatii, deși semnificative, dar albedoul și radiația eficace decât în regiunile aride ale Pământului.
Distribuția anuală cantități de evaporare prezentate în figura 12. Cheltuielile de căldură pentru evaporare, egală cu valoarea pe căldura latentă de evaporare a vaporizării (L E), este determinată în principal de cantitatea de evaporare, deoarece căldura latentă de vaporizare modificări vivo într-un interval mic, iar media este de 600 fecale pe gram de apă evaporată.
După cum reiese din figură, evaporarea de pe teren depinde în principal de rezervele de căldură și de umiditate. Prin urmare, cantitățile anuale maxime de evaporare de la suprafața terenului (până la 1000 mm) au loc în latitudini tropicale,
resursele sunt combinate cu o hidratare excelentă. Cu toate acestea, oceanele sunt cele mai importante surse de evaporare. Valorile sale maxime sunt de 2500-3000 mm. În același timp, cea mai mare evaporare are loc în zone cu temperaturi relativ ridicate ale apei de suprafață, în special în zonele cu curenți calzi (Gulf Stream, Kuro-Sivo etc.). Dimpotrivă, în zonele de evaporare, evaporarea este mică. În latitudinile mijlocii, există un curs anual de evaporare. În acest caz, spre deosebire de pământ, evaporarea maximă pe oceane se observă în sezonul rece, când gradientele verticale mari ale umidității aerului sunt combinate cu viteze vânt crescute.
Schimbul de căldură turbulent al suprafeței subacvatice cu atmosfera depinde de condițiile de radiație și de condițiile de umezire. Prin urmare, cel mai mare transfer de căldură turbulent are loc în acele părți ale terenului unde se combină un flux mare de radiații cu aer uscat. După cum se poate observa din harta valorilor anuale ale schimbului de căldură turbulent (Figura 13), acestea sunt zonele de deșerturi, unde magnitudinea lor ajunge la 60 kcal / cm2. Valorile schimbului de căldură turbulent în latitudinile mari ale emisferelor, precum și ale oceanelor, sunt mici. Maximele valorilor anuale se regăsesc în zona curenților de apă caldă (mai mult de 30 kcal / cm2 an), unde se creează diferențe mari de temperatură între apă și aer. Prin urmare, cea mai mare emisie de căldură din oceane are loc în partea rece a anului.
Echilibrul termic al atmosferei este determinată de absorbția radiației de undă scurtă solare și corpuscular, radiații longwave, transfer de căldură radiantă și turbulente, procesele adiabatice advectiei căldură etc. Dintre datele de sosire și fluxul de căldură solară folosite de meteorologi pentru a explica circulația complexă a atmosferei și hidrosferei, căldură și umiditate schimbul și mulți alte procese și fenomene care apar în cojile de aer și de apă ale Pământului.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: