Радиационные пояса. Солнечная радиация. Тепловые пояса Земли

Климатические особенности Земли определяются в основном величиной поступающей солнечной радиации на ее поверхность, особенностями атмосферной циркуляции. Количество солнечной радиации, поступающей на Землю, зависит от географической широты.

Солнечная радиация

Солнечная радиация - вся совокупность солнечного излучения, поступающего на поверхность Земли. Кроме видимого солнечного света, она включает невидимые ультрафиолетовое и инфракрасное излучения. В атмосфере солнечная радиация частично поглощается, частично рассеивается облаками. Различают прямую и рассеянную солнечную радиацию. Прямая солнечная радиация - солнечная радиация, доходящая до земной поверхности в виде параллельных лучей, исходящих непосредственно от Солнца. Рассеянная солнечная радиация - часть прямой солнечной радиации, рассеянной молекулами газов, поступающая на земную поверхность от всего небесного свода. В пасмурные дни рассеянная радиация является единственным источником энергии в приземных слоях атмосферы. Суммарная солнечная радиация включает прямую и рассеянную солнечную радиацию и достигает поверхности Земли.

Солнечная радиация - это важнейший источник энергии атмосферных процессов - формирования погоды и климата, источник жизни на Земле. Под влиянием солнечной радиации нагревается земная поверхность, а от нее - атмосфера, испаряется влага, происходит круговорот воды в природе.

Земная поверхность, поглощая солнечную радиацию (поглощенная радиация), нагревается и сама излучает тепло в атмосферу. Поглощенная земной поверхностью радиация расходуется на нагрев почвы, воздуха, воды. Нижние слои атмосферы в значительной мере задерживают земное излучение. Основную часть поступающей на земную поверхность радиации поглощает пашня (до 90 %), хвойный лес (до 80 %). Часть солнечной радиации отражается от поверхности (отраженная радиация). Наибольшей отражательной способностью обладают свежевыпавший снег, поверхность водоемов, песчаная пустыня.

Распределение солнечной радиации на Земле зонально. Она убывает от экватора к полюсам в соответствии с уменьшением угла падения солнечных лучей на земную поверхность. На поступление солнечной радиации на поверхность Земли влияют также облачность, прозрачность атмосферы.

Материки по сравнению с океанами получают больше солнечной радиации благодаря меньшей (на 15-30 %) облачности над ними. В Северном полушарии, где основная часть Земли занята материками, суммарная радиация выше, нежели в Южном океаническом полушарии. В Антарктиде, где чистый воздух и высокая прозрачность атмосферы, поступает большое количество прямой солнечной радиации. Однако из-за высокой отражательной способности поверхности Антарктиды температура воздуха отрицательная.

Тепловые пояса

В зависимости от количества солнечной радиации, поступающей на поверхность Земли, на земном шаре выделяют 7 тепловых поясов: жаркий, два умеренных, два холодных и два пояса вечного мороза. Границами тепловых поясов являются изотермы. Жаркий пояс с севера и юга ограничен средними годовыми изотермами +20 °С (рис. 9). Два умеренных пояса к северу и югу от жаркого пояса ограничены со стороны экватора средней годовой изотермой +20 °С, а со стороны высоких широт - изотермой +10 °С (средней температурой воздуха самых теплых месяцев - июля в Северном и января в Южном полушариях). Северная граница совпадает примерно с границей распространения лесов. Два холодных пояса к северу и югу от умеренного пояса в Северном и Южном полушариях лежат между изотермами +10 °С и 0 °С самого теплого месяца. Два пояса вечного мороза ограничены изотермой 0 °С самого теплого месяца от холодных поясов. Царство вечных снегов и льдов простирается к Северному и Южному полюсам.

Распределение температуры воздуха на Земле

Так же как и солнечная радиация, температура воздуха на Земле изменяется зонально от экватора к полюсам. Эту закономерность наглядно отражают карты распределения изотерм самого теплого (июля - в Северном полушарии, января - в Южном) и самого холодного (января - в Северном полушарии, июля - в Южном) месяцев в году. Самой «теплой» параллелью является 10° с. ш. - термический экватор, где средняя температура воздуха +28 °С. Летом он смещается к 20° с. ш., зимой приближается к 5° с. ш. Большая часть суши находится в Северном полушарии, соответственно термический экватор сдвигается к северу.

Температура воздуха на всех параллелях Северного полушария выше, чем на аналогичных параллелях Южного полушария. Средняя годовая температура в Северном полушарии составляет +15,2 °С, а в Южном полушарии - +13,2 °С. Это связано с тем, что в Южном полушарии океан занимает большую площадь, и, следовательно, больше тепла тратится на испарение с его поверхности. Кроме того, охлаждающее влияние на Южное полушарие оказывает материк Антарктида, покрытый вечными льдами.

Средняя годовая температура в Арктике на 10-14 °С выше, чем в Антарктиде. Это в значительной степени определяется тем, что Антарктида покрыта обширным ледниковым панцирем, а большая часть Арктики представлена Северным Ледовитым океаном, куда проникают теплые течения из более низких широт. Например, отепляющее влияние на Северный Ледовитый океан оказывает Норвежское течение.

По обе стороны экватора располагаются экваториальные и тропические широты, где средняя температура зимой и летом очень высокая. Над океанами изотермы распределяются равномерно, почти совпадают с параллелями. У побережий материков они сильно искривляются. Это объясняется неодинаковым нагреванием суши и океана. Кроме того, на температуру воздуха у побережий оказывают влияние теплые и холодные течения, преобладающие ветры. Особенно это заметно в Северном полушарии, где расположена большая часть суши. (Проследите распределение температур по тепловым поясам с помощью атласа.)

В Южном полушарии распределение температур более равномерно. Однако здесь есть свои горячие области - пустыня Калахари и Центральная Австралия, где температура января поднимается выше +45 °С, а июля падает до –5 °С. Полюсом холода является Антарктида, где был зафиксирован абсолютный минимум –91,2 °С.

Годовой ход температуры воздуха обусловлен ходом солнечной радиации и зависит от географической широты. В умеренных широтах максимум температур воздуха наблюдается в июле в Северном полушарии, в январе - в Южном, а минимум - в январе в Северном полушарии, в июле - в Южном. Над океаном максимумы и минимумы запаздывают на месяц. Годовая амплитуда температур воздуха возрастает с широтой местности. Наибольших значений она достигает на континентах, значительно меньших - над океанами, на морских побережьях. Самая маленькая годовая амплитуда температур воздуха (2 °С) наблюдается в экваториальных широтах. Самая большая (более 60 °С) - в субарктических широтах на материках.

Количество солнечной радиации, поступающей на Землю, зависит от угла падения солнечных лучей, облачности и прозрачности атмосферы. Так же как и солнечная радиация, температура воздуха на Земле распределяется зонально и понижается от экватора к полюсам.

Все жизненные процессы на Земле связаны с тепловой энергией. Главным источником от которого Земля и атмосфера получают тепловую энергию является Солнце. Оно излучает энергию в виде разнообразных лучей - электромагнитных

волн, распространяющихся со скоростью 300000 километров в секунду (км / с). Такие излучения называются солнечной радиацией, которая состоит из лучей различной длины, которые несут к Земле

свет и тепло.

Солнечная радиация бывает прямой и рассеянной. Радиация, которая приходит непосредственно от Солнца в виде прямых солнечных лучей при безоблачном небе называют прямой. Она несет наибольшее количество света и тепла. Но проходя через атмосферу, солнечные лучи частично рассеиваются, отклоняются от первоначального пути вследствие отражения от молекул воздуха, капель воды, пылинок и превращаются в лучи, которые расходятся во всех направлениях. Такая радиация называется рассеянной. Поэтому свет бывает и в таких местах, куда прямая солнечная радиация не проникает (теневая часть гор, скал, леса, зданий). Всю солнечную радиацию, которая поступает на Земную поверхность называют суммарной.

Земная поверхность частично поглощает солнечную радиацию, а часть ее отражает. Радиация, поглощенная земной поверхностью называется поглощенной, а отраженная - отраженной. Отношение отраженной солнечной радиации к суммарной выраженное в процентах называется альбедо. Альбедо зависит от цвета поверхности. Так наибольшее значение альбедо имеет для снега (так белый цвет отражает солнечные лучи) - 80-90%, всего для черной пашни - 5-10%

Земная поверхность, поглощая солнечную радиацию, нагревается сама и нагревает воздух. Больше нагреваются низшие слои воздуха, непосредственно примыкающих к земной поверхности. Поэтому с высотой температура воздуха снижается в среднем на 0,6 ° на каждые 100 метров подъема. Это общая закономерность для тропосферы. Однако бывают случаи, когда воздух, находящийся выше имеет высокую температуру. Это явление называется температурной инверсией. Температурная инверсия связана с прохождением атмосферных фронтов. Механизм атмосферных фронтов вынесен в отдельную тему.

Количество суммарной солнечной радиации напрямую зависит от угла падения солнечных лучей. Чем ближе эта величина к 90о, тем больше солнечной энергии получает земная поверхность.

В свою очередь угол падения солнечных лучей определяется ее географической широтой. Угол падения солнечных лучей снижается с удалением от экватора к полюсам.

В связи с таким неравномерным распределением тепла на Земле выделяют 5 тепловых поясов: один жаркий, два умеренных и два холодных.

Именно солнечная радиация является определяющим фактором формирования температуры. Изотермы - это линии на карте (преимущественно климатической или синоптической), соединяющих точки с одинаковой температурой воздуха. На Земном шаре абсолютный максимум температуры был зафиксирован вблизи города Триполи (Ливия) - +58 оС. Самую низкую температуру в Северном полушарии вблизи поселка Ойм `якон - 70оС, а Земного шара в целом - вблизи российской станции" Восток "в Антарктиде - 89,2 оС.

Амплитуда - это разница между высокой и низкой температурой в данном месте за определенный период.

Условия нагрева воды и суши значительно отличаются. Теплоемкость воды вдвое выше, чем на суше. Это означает, что при поступлении равенстве тепла суша нагревается вдвое быстрее, а при охлаждении происходит обратное: вода охлаждается вдвое медленнее. На суше тепло сосредоточивается в верхнем ее слое, а в воде солнечные лучи сразу нагревают значительную ее часть, чему способствует и вертикальное перемещение воды. Как следствие вода впитывает тепла значительно больше, чем суша, удерживает его дольше и расходует равномерно. Итак, вода медленно нагревается и медленно остывает. тепловых поясов: один жаркий, два умеренных и два холодных.

Основные вопросы. Что такоесолнечная радиация? Как распределяется солнечная радиация по земной поверхности?

Солнечная радиация – солнечный свет в широком смысле слова, т.е. излучение Солнца в пространстве в виде электромагнитных волн (от radiatio – сияние). Солнечная радиация – важнейший источник энергии атмосферных процессов– формирования погоды и климата, основной источник жизни на Земле.

Кроме солнечного света Солнца, который воспринимается нашим зрением, от Солнца поступают невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные излучения. В атмосфере солнечная радиация частично отражается облаками, частично поглощается, переходя в тепло, и частично рассеивается. Не все территории Земли поглощают солнечную радиацию в одинаковой степени. Значительную часть радиации поглощают пашня (до 90 %), хвойный лес (80%). Солнечная радиация, которая распространяется в космическом пространстве и достигает земной поверхности, частично отражается обратно в атмосферу. Наибольшей отражательной способностью обладают свежевыпавший снег, песчаная пустыня.

Чаще всего солнечная радиация выражается в тепловых единицах – в калориях за определенное время на единицу площади.(рис)

Распределение солнечной радиации по поверхности Земли зонально . Она убывает от экватора к полюсам в соответствии с уменьшением угла падения солнечных лучей. (рис. 2) Бывают ли отклонения в распределении радиации? Да, бывают. Отклонения от зонального распределения объясняются различной облачностью и прозрачностью атмосферы. Материки получают солнечной радиации больше, чем океаны благодаря меньшей (на 15-30%) облачности над ними. В Северном полушарии, где основная часть Земли занята материками, суммарная радиация выше, нежели в Южном океаническом полушарии.(рис 2)

Тепловые пояса. В зависимости от количества солнечного тепла на земном шаре выделяют 5 тепловых поясов : один жаркий, два умеренных, два холодных . Границами тепловых поясов являются изотермы. Жаркий пояс с обеих сторон ограничен годовыми изотермами + 20 °С. Два умеренных пояса ограничены со стороны экватора годовой изотермой +20°С, а со стороны полюсов +10°С самого теплого месяца. Северная граница совпадает примерно с границей тундры и леса. Два холодных пояса лежат между изотермами +10° и 0° самого теплого месяца. На суше – это зоны тундры. Две области вечного мороза ограничены изотермой 0°С. Это царство вечных снегов и льдов.(Рис. 3,4).

Распределение температуры по поверхности Земли так же как солнечной радиации зонально и изменяется от экватора к полюсам. Эта закономерность наглядно отображена на климатических картах мира, где показаны годовые изотермы или изотермы самого теплого и холодного месяцев. (рис. 3)(Изучите распределение температуры по поверхности Земли по карте). Анализируя годовые изотермы на климатической карте мира, вы придете к следующим выводам. Во - первых , в экваториальных широтах понижение температуры воздуха по мере удаления от экватора происходит медленно, в умеренных - довольно быстро, в приполярных широтах - вновь медленно. Во-вторых, температура на всех параллелях Северного полушария выше, чем на аналогичных параллелях Южного полушария. Такое явление объясняется тем, что в Южном полушарии большую площадь занимает океан, следовательно, и больше теплоты затрачивается на испарение. Кроме того, значительное охлаждающее влияние оказывает материк Антарктида, покрытый льдами.В - третьих, изотермы не совпадают с параллелями из-за неодинаковых условий нагревания и охлаждения суши и моря, влиянием теплых и холодных течений в сочетании с господствующими западными ветрами. Это особенно заметно в Северном полушарии, где наблюдается чередование материков и океанов. (рис.3)

Годовая величина суммарной радиации определяется географической широтой, прозрачностью атмосферы и продолжительностью освещения и зависит, прежде всего, от угла падения солнечных лучей на земную поверхность и облачности. В целом суммарная радиация уменьшается от экватора к полюсам.

1. Что такое солнечная радиация? 2.Покажите на карте с помощью изотерм распределение температурпо поверхности Земли. Объясните причины.*3. Покажите на физической карте мира границы тепловых поясов. **4.Почему границы тепловых поясов проводят по изотермам?

Солнечная радиация (солнечное излучение) – это вся совокупность солнечной материи и энергии, поступающей на Землю. Солнечная радиация состоит из следующих двух основных частей: во-первых, тепловой и световой радиации, представляющей собой совокупность электромагнитных волн; во-вторых, корпускулярной радиации.

На Солнце тепловая энергия ядерных реакций переходит в лучистую энергию. При падении солнечных лучей на земную поверхность лучистая энергия снова превращается в тепловую энергию. Солнечная радиация, таким образом, несет свет и тепло.

Солнечная радиация – это важнейший источник тепла для географической оболочки. Вторым источником тепла для географической оболочки является тепло, идущее от внутренних сфер и слоев нашей планеты.

В связи с тем, что в географической оболочке один вид энергии (лучистая энергия) эквивалентно переходит в другой вид (тепловая энергия), то лучистую энергию солнечной радиации можно выражать в единицах тепловой энергии – джоулях (Дж).

Прямые солнечные лучи, пронизывающие атмосферу при безоблачном небе, называются прямой солнечной радиацией . Часть солнечных лучей от соприкосновения с молекулами газов и аэрозолями рассеивается и переходит в рассеянную радиацию . На земную поверхность рассеянная радиация поступает уже не от солнечного диска, а от всего небосвода и создает повсеместную дневную освещенность. От нее в солнечные дни светло и там, куда не проникают прямые лучи, например под пологом леса. Наряду с прямой радиацией рассеянная радиация также служит источником тепла.

В целом же (с участием суточного хода высоты Солнца и облачности неба) на рассеянную радиацию приходится около 25 % всего потока солнечных лучей.

На земную поверхность, таким образом, поступает прямая и рассеянная радиация. В совокупности прямая и рассеянная радиация образуют суммарную радиацию, которая определяет тепловой режим тропосферы.

Поглощая и рассеивая радиацию, атмосфера значительно ее ослабляет. Величина ослабления зависит от коэффициента прозрачности, показывающего, какая доля радиации доходит до земной поверхности. Если бы тропосфера состояла бы только из газов, то коэффициент прозрачности был бы равен 0,9, то есть она бы пропускала бы 90 % идущей к Земле радиации. Но в воздухе всегда присутствуют аэрозоли, снижающие коэффициент прозрачности до 0,7 – 0,8. Прозрачность атмосферы изменяется вместе с изменением погоды.

Так как плотность воздуха падает с высотой, то слой газа, пронизываемого лучами, нельзя выражать в км толщины атмосферы. В качестве единицы измерения принята оптическая масса, равная мощности слоя воздуха при вертикальном падении лучей.

Ослабление радиации в тропосфере легко наблюдать в течение суток. Когда Солнце находится около горизонта, то его лучи пронизывают несколько оптических масс. Их интенсивность при этом так ослабевает, что на Солнце можно смотреть незащищенным глазом. С поднятием Солнца уменьшается число оптических масс, которые проходят его лучи, и интенсивность лучей возрастает.

Количество лучистой энергии, приходящее на единицу земной поверхности, зависит прежде всего от угла падения солнечных лучей. На одинаковые площади на экваторе, в средних и высоких широтах приходится различное количество радиации.

Солнечная инсоляция (освещение) сильно ослабляется облачностью. Большая облачность экваториальных и умеренных широт и малая облачность тропических широт вносят значительные коррективы в зональное распределение лучистой энергии Солнца.

Распределение солнечного тепла по земной поверхности показывается на карте суммарной солнечной радиации.

Температура. Показатели теплового режима воздуха

Основными показателями температуры воздуха являются следующие:

1.Средняя температура суток.

2.Среднесуточная температура по месяцам.

3.Средняя температура каждого месяца.

4.Средняя многолетняя температура месяца. Все средние многолетние данные выводятся за длительный период (не менее 35 лет). Чаще всего пользуются данными января и июля. Самые высокие многолетние месячные температуры наблюдаются в Сахаре (до + 36,5 0 С) и в Долине Смерти (до +39 0 С). Самые низкие температуры фиксируются на станции Восток в Антарктиде (до – 70 0 С).

5.Средняя температура каждого года.

6.Средняя многолетняя температура года. Самая высокая среднегодовая температура зафиксирована на метеостанции Даллол в Эфиопии и составила +34,4 0 С. На юге Сахары многие пункты имеют среднегодовую температуру +29-30 0 С. Самая низкая среднегодовая температура зарегистрирована на плато Стейшн и составила – 56,6 0 С.

7.Абсолютные минимумы и максимумы температуры за любой срок наблюдений – сутки, месяц, год, ряд лет. Абсолютный минимум для всей земной поверхности был отмечен на станции Восток в Антарктиде в августе 1960 г и составил – 88,3 0 С, для северного полушария – в Оймяконе в феврале 1933 года (-67,7 0 С).

Самая высокая для всей Земли температура наблюдалась в сентябре 1922 года в Эль-Азии в Ливии (+57,8 0 С). Второй рекорд жары +56,7 0 С был зарегистрирован в Долине Смерти. На третьем месте по данному показателю находится пустыня Тар (+53 0 С).

В море самая высокая температура воды +35,6 0 С отмечена в Персидском заливе. Озерная вода больше всего нагревается в Каспийском море (до +37,2 0 С).

Распределение тепла по земной поверхности

Основная закономерность в распределении тепла по земной поверхности – зональность – позволяет выделить тепловые (температурные) пояса. Тепловые пояса не совпадают с поясами освещения, образующимися по астрономическим законам, т.к. тепловой режим зависит не только от освещения, но и от ряда других факторов.

По обе стороны от экватора, приблизительно до 30 0 с.ш. и ю.ш., находится жаркий пояс , ограниченный годовой изотермой 20 0 С.

В средних широтах находятся умеренные температурные пояса . Они ограничены изотермами 10 0 С самого теплого месяца. С этими изотермами совпадает граница распространения древесных растений (наименьшие средние температуры, при которых вызревают семена деревьев составляют 10 0 С; при меньшей месячной сумме температур леса не возобновляются).

В субполярных широтах простираются холодные пояса , полярными границами которых являются изотермы 0 0 С самого теплого месяца. Они в общих чертах совпадают с зонами тундр.

Вокруг полюсов находятся пояса вечного мороза , в которых температура любого месяца ниже 0 0 С. Здесь лежат вечные снега и льды.

Жаркий пояс, несмотря на свою большую площадь, в тепловом отношении довольно однороден. Средняя температура года изменяется от 26 0 с на экваторе до 20 0 С на тропических пределах. Годовые и суточные амплитуды незначительны. Сравнительно однородны в термическом отношении пояса холодный и вечного мороза в силу небольших пределов. Умеренные пояса, охватывающие широты от субтропических до субполярных, термически весьма неоднородны. Здесь годовая температура на одних широтах достигает 20 0 С, а на других даже температура самого теплого месяца не превышает 10 0 С. Выявляется хорошо выраженная дифференциация умеренных поясов. Северный умеренный пояс в связи с его континентальностью (материковостью) дифференцируется и в долготном направлении: в годовом ходе температур здесь ясно сказываются приморское и внутриматериковое положение.

В умеренных поясах в самом первом приближении выделяются субтропические широты, термический режим которых обеспечивает произрастание субтропической растительности, умеренно-теплые широты, где тепло обеспечивает существование широколиственных лесов и степей, и бореальные широты с суммой тепла, достаточной только для распространения хвойных лесов и мелколиственных деревьев.

При общем сходстве температурных поясов обоих полушарий ясно выступает тепловая диссиметрия Земли относительно экватора. Термический экватор смещен к северу относительно географического, северное полушарие теплее южного, в южном полушарии ход температуры океанический, в северном – материковый; Арктика теплее Антарктики.

4
Бучнева Валентина Николаевна МОУ «СОШ №7 г.Новотроицк Оренбургской области» Краткая аннотация Урок для учащихся 6 класса, рассчитан на 1 учебный час. На уроке используютя приемы технологии развития критического мышления, формирование общеучебных навыков, большую часть времени учащиеся добывают знания самостоятельно, Применяются приёмы обучения саморефлексии. Домашнее задание, кроме обязательного для всех учащихся, предлагается ещё и повышенной сложности для желающих. Урок рекомендуется проводить как в общеобразовательной школе так и в гимназиях. Тема : « Распределение солнечного света и тепла на Земле.»
Цели:
1.Образовательные: познакомить учащихся с терминами «тропики», «полярный круг», «день солнцестояния», «день равноденствия», «зенит».
2.Развивающие: сформировать представление о причинах, вызывающих смену времён года, развивать критическое мышление; коммуникативные умения и речь в логике поставленных вопросов.
3.Воспитательные: обучение учащихся самостоятельности при получении знаний, обучение рефлексии учебной деятельности.
Оборудование : Глобус, фонарик, теллурий, презентация на слайдах, учебник Т.П.Герасимова, Н.П.Неклюкова Начальный курс географии 6 класс, географические атласы с комплектом контурных карт.
Ход урока Этапы урока и содержание этапов

Домашнее задание для желающих.

Узнай при помощи фонарика, как зависит освещённость от направления лучей.

Земля совершает путь вокруг Солнца в течение года. Поскольку земная ось – воображаемая линия, проходящая через центр планеты между полюсами,- имеет наклон 23,5 градуса, то ежегодно в определённое время Северное и Южное полушария попеременно получают от Солнца то больше тепла и света, то меньше. В последнем случае холодает и световой день сокращается. Попробуй это проверить при помощи фонарика.

Требуется:

Лист белого картона, фонарик.

Выполнение:

1.Направь луч фонарика отвесно на лист белого картона так, чтобы освещённая поверхность представляла собой круг.

2.С того же расстояния направь луч фонарика под углом – освещена уже большая поверхность, овальной формы, но освещена слабее, чем круг. То же самое происходит и с солнечными лучами. Ближе к полюсам они падают на землю под более острым углом, и освещаемая ими поверхность получает мало света и тепла. Ближе к экватору лучи падают отвесно или почти отвесно, поверхность получает больше тепла.

(Напечатано и раздаётся желающим)