Длинноволновое излучение
Излучение земной поверхности
Излуче́ние земно́й пове́рхности
испускание электромагнитных волн (или радиации) поверхностью Земли. Подавляющая часть радиации излучается земной поверхностью в инфракрасном диапазоне от 4 до 120 мкм. Интенсивность потоков радиации измеряется в единицах энергии на единицу площади в единицу времени – напр. Дж/м² с. По величине излучения, измеряемого инфракрасным датчиком (с самолёта, спутника и т. д.), можно восстановить тем-ру излучающей поверхности (согласно закону Стефана – Больцмана, величина излучения пропорциональна четвёртой степени тем-ры поверхности). Излучение земной поверхности представляет собой одну из важнейших составляющих её радиационного баланса.
Баланс теплового инфракрасного излучения
«Короткое волновое» равновесие = падающее солнечное излучение - отраженное солнечное излучение. Чтобы поддерживать приблизительный баланс и глобальный радиационный баланс вблизи нуля, планета должна «избавиться» от этого тепла солнечного происхождения, которое прибывает навсегда. Единственная возможность для Земли - излучать в космос. Это среднее инфракрасное излучение, также называемое термическим, в основном излучается на длинах волн от 3 до 60 микрон. Таким образом, общий «коротковолновый» баланс 239 Вт м -2 соответствует общему «длинноволновому» балансу, близкому к -239 Вт м -2.
География. Современная иллюстрированная энциклопедия. - М.: Росмэн . Под редакцией проф. А. П. Горкина . 2006 .
Смотреть что такое "излучение земной поверхности" в других словарях:
излучение земной поверхности
Земля Фотография Земли с корабля Аполлон 17 Орбитальные характеристики Афелий 152 097 701 км 1,0167103335 а. е … Википедия
Равновесные отклонения радиационного бюджета Земли
«Долгосрочный» баланс = тепловое инфракрасное излучение, излучаемое в космос. На данный момент планета не находится в равновесии, даже усредняя по сравнению с годом, а общий радиационный баланс почти наверняка не равен нулю. Основной причиной этого дисбаланса является не вариация. Это изменяется только на 0, 1% с 11-летним циклом солнечной активности, т.е. флуктуацией 0, 24 Вт м -2, если мы рассмотрим преобразование солнечной радиации в тепло. Иногда, в результате мощных вулканических извержений, планета отражает немного больше солнечной радиации и поглощает немного меньше.
Тепловое излучение земной поверхности. Т. к. земная поверхность имеет сравнительно низкую температуру, она излучает электромагнитные волны длиной от 3 до 80 мкм, относящиеся к инфракрасной, не воспринимаемой глазом, области спектра. За… …
В атмосфере, инфракрасное (тепловое) излучение земной поверхности, атмосферы и облаков. При существующих на земной поверхности, в тропосфере и стратосфере температурах (примерно от 200 до 330 К) подавляющая часть (до 99%) Д. и. заключена… … Большая советская энциклопедия
Но прежде всего, в последние десятилетия человеческая деятельность изменила состав атмосферы, особенно с увеличением выбросов углекислого газа. Эти выбросы вызывают увеличение поглощения инфракрасного излучения в атмосфере, усиливая парниковый эффект.
По мере того как континентальные поверхности и внешние слои океанов нагреваются, инфракрасное тепловое излучение, выходящее в пространство, уменьшается. По оценкам, это снижение должно приближаться к 1 Вт м -2, даже если его еще трудно измерить с уверенностью. Только когда планета достигнет нового равновесия, глобальный радиационный баланс снова будет близок к нулю.
земное излучение - Žemės spinduliuotė statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. earth radiation; terrestrial radiation vok. Erdestrahlung, f; Erdoberflächenstrahlung, f rus. земное излучение, n; излучение земной поверхности, n; радиация Земли, f pranc.… … Radioelektronikos terminų žodynas
Способность атмосферы пропускать направленное излучение. Различают понятия прозрачность среды и пропускание излучения средой. Среда может быть непрозрачной (облака, молочное стекло и др.) и в то же время может пропускать рассеянный свет. Но… … Физическая энциклопедия
Структура радиационного баланса Земли в пространстве и времени
Давайте подробнее рассмотрим элементы, составляющие глобальный радиационный баланс Земли, начиная с верха атмосферы. Это тем более необходимо, поскольку измерения - по существу, полученные из космоса от разных искусственных спутников - производятся в разных местах на планете и в разное время в цикле сезонов и дневном-ночном цикле.
Солнечный баланс обязательно равен нулю ночью: ничего не происходит, и ничего не отражается. В течение дня, особенно в тропиках и в умеренных или даже субполярных районах летом, эта оценка положительная, и она может быть сильной, когда нет облаков или льда, чтобы отразить Солнце. Измерения показывают, что в глобальном масштабе облака составляют половину солнечного 102 Вт м -2, отраженные обратно в космос.
Электромагнитные волны, возбуждаемые различными излучающими объектами, заряженными частицами, атомами, молекулами, антеннами и пр. В зависимости от длины волны различают гамма излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое излучение, видимый свет,… … Энциклопедия Кольера
- (ИК излучение, ИК лучи), электромагнитное излучение, занимающее спектр. область между красным концом видимого излучения (с длиной волны l»0,74 мкм) и KB радиоизлучением (l=1 2 мм). ИК область спектра обычно условно разделяют на ближнюю (0,74 2,5… … Физическая энциклопедия
С другой стороны, баланс «длинной волны» остается отрицательным как ночью, так и днем, зимой и летом. Температуры на поверхности Земли и в атмосфере никогда не падают до абсолютного нуля, благодаря сохранению тепла под поверхностью и переносу тепла движениями атмосферы и океанов. Тепловое инфракрасное излучение в космос особенно сильно зависит от пустынь летом. Но облака - особенно высокие, холодные облака - также блокируют инфракрасное излучение в космос. В тропиках тепловое инфракрасное излучение является сильным, где нет облаков или только низкие облака, но очень слабо по густым, высоким облакам межтропического фронта.
- (ультрафиолетовые лучи, УФ излучение), не видимое глазом эл. магн. излучение, занимающее спектр. область между видимым и рентгеновским излучением в пределах длин волн l от 400 до 10 нм. Область У. и. условно делится на ближнюю (400 200 нм) и… … Физическая энциклопедия
- (от Ультра... и фиолетовый) ультрафиолетовые лучи, УФ излучение, не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн λ 400 10 нм. Вся область У. и.… … Большая советская энциклопедия
Измерения показывают, что в глобальном масштабе без облаков баланс «длинной волны» был бы более отрицательным от 30 Вт м -2, и из-за уменьшения отраженного солнечного излучения планетарный радиационный баланс тогда составлял бы 20 Вт м -2. Таким образом, без облаков равновесие планеты будет установлено при гораздо более высокой температуре.
Чистый радиационный баланс сильно зависит от широт и сезонов: летом он отрицательный, а зимой - отрицательный. Если зимой не очень холодно во Франции, а региональный чистый радиационный баланс приближается к -100 Вт м -2, это связано с тем, что атмосферные и океанические движения приносят тепло из более южных регионов. где чистый баланс является положительным. А летом наши средние широты экспортируют больше тепла в Арктику, чем зимой.
17. Схема баланса солнечной энергии в атмосфере и на поверхности Земли.
Практически единственным источником энергии для всех физических процессов, развивающихся в атмосфере, является солнечная радиация.
Приходящая в атмосферу солнечная радиация частично поглощается в атмосфере главным образом водяным паром, углекислым газом, озоном и аэрозолями и рассеивается на частицах аэрозоля и на флуктуациях плотности атмосферы.
Все, что предшествует, относится к элементам радиационного баланса на «вершине» атмосферы, поэтому к обменам между Солнцем, Землей и пространством. Можно и нужно также изучать элементы радиационного баланса на поверхности Земли. В дополнение к радиационным обменам поверхность также обменивается теплом с атмосферой через другие механизмы. Поверхность получает вниз излучение тепла из атмосферы, в то время как «длинноволновое» излучение космического пространства практически равно нулю. Чистый радиационный баланс на поверхности, в среднем по всему земному шару и более 24 часов, обычно положителен и, в случае отсутствия дисбаланса в энергетическом балансе планеты, он точно сбалансирован тепловыми потерями. не излучающий в атмосферу.
Вследствие рассеяния лучистой энергии Солнца в атмосфере наблюдается не только прямая солнечная(28%), но и рассеянная радиация(16%), в совокупности они составляют суммарную радиацию(44%).
Достигая земной поверхности, суммарная радиация частично отражается от неё. Величина отражённой радиации определяется отражательной способностью подстилающей поверхности, т. н. альбедо.
Национальный центр научных исследований. Межправительственная группа экспертов по изменению климата. Температура воздуха является основной характеристикой погоды, самой чувствительной из которых мы чувствуем: горячая - холодная, холодная - тяжелая, палящая - холодная: так мы чувствуем окружающую температуру.
Вся материя состоит из мелких частиц, называемых молекулами. Это касается воздуха, земли и всего вокруг нас. Состояние агрегации материала - твердого, жидкого или газообразного - зависит от расстояния, с которым эти молекулы связаны друг с другом. Молекулы объединяются и соединяются между ними. Из точки кипения вода испаряется и становится газообразной, молекулы теперь далеко друг от друга и почти не имеют сцепления между ними. Они движутся быстрее, чем в твердом или жидком состоянии, поэтому газообразное состояние требует больше энергии, также называемой тепловой энергией, которая измеряется температурой.
За счёт поглощённой радиации земная поверхность нагревается и становится источником собственного длинноволнового излучения, направленного к атмосфере. В свою очередь, атмосфера также излучает длинноволновую радиацию, направленную к земной поверхности (т. н. противоизлучение атмосферы) и в мировое пространство (т. н. уходящее излучение).
Как упоминалось ранее, это изменение состояния материала также изменяет его плотность и зависит от твердости, с которой молекулы связываются и остаются вместе, поэтому твердые тела имеют более высокую плотность газообразных тел, потому что их молекулы более прочно связаны. В атмосфере большинство молекул - воздух. Воздух защищает Землю от Солнца и пространства. Молекулы озонового слоя фильтруют часть солнечного излучения, которое не достигнет Плотность воздуха низкая, но большая часть излучения все еще достигает земли.
На поверхности Земли большая часть солнечной радиации поглощается почвой, которая нагревается. Таким образом, воздух на уровне земли нагревается последним, а меньшая часть солнечной радиации отражается обратно в атмосферу. Поскольку молекулы воздуха движутся друг от друга, когда воздух нагревается, воздух расширяется и теряет плотность; теплый воздух поднимается. Давление на грунт выше, чем в атмосфере, восходящий воздух может далее увеличиваться с высотой. Во время этого расширения тепловая энергия теряется, а восходящий горячий воздух охлаждается.
Рациональный теплообмен между земной поверхностью и атмосферы определяется эффективным излучением - разностью между собственным излучением поверхности Земли и поглощённым ею противоизлучением атмосферы. Разность между коротковолновой радиацией, поглощённой земной поверхностью, и эффективным излучением называется радиационным балансом.
По-прежнему трудно прогреться из-за увеличения расстояния от земли. Таким образом, отраженное инфракрасное излучение содержит меньше энергии и не нагревает воздух так же сильно, как входящее излучение. Кроме того, воздух содержит меньше молекул на объем, которые могут быть подвергнуты воздействию солнечной радиации, из-за расширения воздуха, поэтому в более высоких слоях воздуха преобладают более низкие температуры. Если погода пасмурная, молекулы воды в облаке поглощают большую часть солнечной радиации, и лишь небольшая ее часть достигает земли, поэтому она часто охлаждается под облаками даже при сильном солнечном излучении.
Некоторая часть энергии солнечной радиации затрачивается на поддержание общей циркуляции атмосферы и на другие атмосферные процессы, однако эта часть незначительна по сравнению с основными составляющими теплового баланса.
18. Длинноволновое излучение поверхности Земли и атмосферы. Явление парникового эффекта.
Земля, как и любое другое тело, температура, которого выше абсолютного 0 (-273*К) излучает энергию. Однако по сравнению с температурой Солнца, температура поверхности Земли и ее атмосферы мала, поэтому все излучения или энергия приходятся на ИК участок спектра.
Возвышение воздуха при высокой температуре
Если солнечная радиация очень сильна, воздух прогревается быстрее на уровне земли и поднимается. Он перемещает холодный воздух из верхних слоев и расширяется в одно и то же время, пока давление воздуха не уменьшится с высотой. Повышение температуры воздуха и нагревание высоких слоев Атмосфера в течение дня представлена в анимированной метеограммы справа.
По мере того как все больше и больше воздуха прогревается и опускается, появляется своего рода «воздушный пузырь», который может распространяться по всей верхней части тропосферы. Это одна из причин, по которой тропосфера в тропиках более густая, чем в полярных областях.
Излучение атмосферы имеет более сложный характер, по сравнению с излучением Земной поверхности. Энергию излучают лишь те газы, которые поглощают, то есть водяной пар, углекислый газ, озон, метан и окись азота. Эти газы называются парниковыми газами .
Наиболее интенсивно ИК излучение атмосферы, поглощаемое водяным паром. Кроме него большое влияние на поток радиации оказывает углекислый газ.
Инверсия - это ситуация, когда температура воздуха в верхних слоях атмосферы теплее, чем в нижних слоях. Это вызвано потеплением. Теплый воздух поднимается и остается выше холодного воздуха, так что происходит разворот, что должно препятствовать охлаждению нагретого воздуха, когда он находится в верхнем слое, или Он должен охлаждать воздух ниже, чем воздух выше. Причинами такой инверсии являются.
Низкие облака: они предотвращают попадание солнечной радиации на поверхность и нагревают ее. Эта ситуация возникает в основном зимой, когда земля некоторое время охлаждается и не может нагревать воздух на уровне земли. Поток холодного воздуха из окружающей среды: холодный воздух перемещается и поднимает воздух горячий. Постоянный приток холодного воздуха сохраняет температуру земли ниже, чем указано выше. Холодный воздух под облачным покровом остается холодным. . Выброс атмосферы является более сложным.
Благодаря сильному поглощению длинноволновой радиации водяным паром и углекислым газом, большая часть излучения земной поверхности поглощается атмосферой. В тоже время солнечная радиация значительной частью атмосферы пропускается. Атмосфера в свою очередь изучает длинноволновую радиацию, часть которой направлена к земной поверхности. Такая радиация называется встречным излучением атмосферы .
Причины два: согласно закону Кирхгофа, тела, которые сильно поглощают, сильно и излучают, т.е. в А. главным образом выделяют газы, которые они глотают; излучение этих газов является избирательным, т.е. не то же самое для разных волн. Они сильно поглощают длинную длину волны Земли, но в то же время они пропускают большую часть солнечной энергии. излучение, т.е. создать «парниковый эффект». Выброс земной поверхности должен приводить к непрерывному охлаждению. Фактические потери тепла определяются величиной.
Мы уже указывали, что поглощение с поверхности земли увеличивается с увеличением влажности почвы. Это означает, что влажная почва будет охлаждаться медленнее из-за уменьшения эффективного излучения. Как правило, облака имеют аналогичный эффект. Увеличение количества и толщины облаков увеличивает атмосферный перегрев и снижает эффективное излучение. Это означает, что его охлаждающий эффект будет ощущаться ночью, когда нет потепления из гораздо более интенсивного солнечного излучения. Ясно, что величина эффективного излучения дает представление о соотношении между длинной волной и атмосферным излучением.
Часть энергии встречного излучения вновь поглощается Земной поверхностью. Разность между собственным излучением ЗП и поглощённой его частью встречного излучения, называется эффективным излучением .
Температура атмосферы обычно ниже температуры ЗП. Поэтому в большинстве случаев эффективное излучение положительно. Это означает, что вследствие длинноволнового излучения ЗП почти всегда теряет тепло. Тонкий механизм терморегуляции, основанный на составе и физических свойствах атмосферы и подстилающей поверхности Земли, поддерживает равновесие между поступающей к поверхности солнечной энергии и длинноволновыми излучениями Земли.
Этот механизм обеспечивает постоянство радиационного баланса планеты и предохраняет ее поверхность от перегрева или переохлаждения.
Углекислый газ попадает в атмосферу, как естественным путем, так и в результате человеческой деятельности. На протяжении истории Земли углекислый газ поступал в атмосферу в процессе вулканической деятельности и участвовал в естественном круговороте углерода в природе. Подсчитано что при отсутствии углекислого газа температура поверхности Земли была бы на 338*С ниже, чем в настоящее время.
На концентрацию углекислого газа и других парниковых газов, увеличивается в атмосфере главным образом за счет сжигания ископаемого топлива, а так же при нарушении естественного углеродного цикла в ходе уничтожения тропических лесов. В результате возникло нарушение радиационного баланса планеты, ведущее к развитию парникового эффекта и глобальному изменению климата.
В процессе производства в атмосферу ежегодно выбрасываются сотни тонн загрязняющих веществ в виде газов и аэрозолей.
Непрерывно возрастающее использование топлива нарушило геохимический цикл углерода. Механизм обеспечивает содержание СО2 в атмосфере не справляется с его возрастающим притоком, содержание СО2 в атмосфере возросло с 290млн долей 180 до 325 долей в 1970.
Распространение парниковых газов их источник, скорость поступления в атмосферу и доля влияния на глобальное потепление.
|
Основные источники |
Современный уровень среднегодового прироста концентрации % |
Доля влияния на глобальное потепление % | ||
|
Сжигание ископаемого топлива (77%) вырубка лесов (23%) | ||||
|
Хлор фтор углероды |
Различные промышленные предприятия | |||
|
Рисовые плантации, утечка газа, жизнедеятельность животных | ||||
|
Сжигание биомассы, применение удобрений, сжигание топлива | ||||
Загрузка...
