Излучение земной поверхности и встречное излучение, эффективное излучение. Радиационный баланс и его составляющие. Распределение радиационного баланса на поверхности Земли

ПЕРЕНОС ДЛИННОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ. Распространение в атмосфере земного излучения и излучения самой атмосферы при наличии излучения и поглощения радиации в каждом объеме воздуха. Рассеянием для длинноволновой радиации можно пренебречь.[ ...]

Синоним: длинноволновое излучение.[ ...]

Максимум излучения в солнечном спектре лежит в желто-зеленой области видимого интервала длин волн (559 - 571 нм). Эта область практически не поглощается С02. Нагретые поверхности отдают тепловую энергию снова в атмосферу в виде длинноволнового излучения, которое интенсивно поглощается молекулами С02, что препятствует рассеиванию тепла, излучаемого Землей, затрудняет охлаждение земной поверхности и вызывает общее повышение температуры.[ ...]

Эффективное длинноволновое излучение земной поверхности составляет 21 единицу, из которых 15 единиц поглощается главным образом водяным паром и углекислым газом, а оставшаяся часть уходит в космическое пространство. Основной вклад в поток уходящей длинноволновой радиации вносит излучение облаками, водяным паром и углекислым газом. Уходящий с верхней границы атмосферы поток равен 70 единицам, что и требуется для баланса пришедшей солнечной радиации.[ ...]

АТМОСФЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. Собственное длинноволновое излучение атмосферы и облаков в области длин волн от 4 до 120 мкм и с максимумом около 14,5 мкм (при средней температуре 200 К). Основную роль в А. И. играет водяной пар. Большая часть атмосферного излучения (около 70%) достигает земной поверхности и называется встречным излучением атмосферы, другая часть (около 30%) направлена в мировое пространство и носит название уходящей радиации.[ ...]

Энергия солнечного излучения не только поглощается поверхностью Земли, но и отражается ею в виде потока длинноволнового излучения. Более светло окрашенные поверхности отражают свет более интенсивно, чем темные. Так, чистый снег отражает 80-95 %, загрязненный - 40-50, черноземная почва - 5-14, светлый песок - 35-45, полог леса - 10-18 %. Отношение отражаемого поверхностью потока солнечного излучения к поступившему называется альбедо.[ ...]

Идущий от поверхности поток уходящей длинноволновой радиации убывает с высотой и достигает минимума на уровне тропопаузы или в 2-километровом слое над ней . Вклад стратосферы в величину Ri, согласно , не превышает 3-10 %, что позволяет автору отождествлять величины Ri с излучением абсолютно черного тела при температуре на уровне тропопаузы с точностью ±20 %. Одной из важнейших проблем анализа данных по длинноволновому излучению, так же как и при исследовании альбедо, является его чувствительность к изменениям приземной температуры воздуха. Обзор таких связей, имеющих вид многомерных линейных зависимостей, приведен в , где даются числовые значения эмпирических коэффициентов. Исследование обширного материала, приведенного в , позволило установить, что полиномы выше первой степени не улучшают аппроксимации Ri(Ta).[ ...]

Синонимы: уходящая радиация; уходящее длинноволновое излучение.[ ...]

На рис. 14.5 условно изображены два сорта излучения, одно - приходящее от Солнца, с максимумом по интенсивности в оптическом диапазоне, другое - уходящее от Земли. Уходящее излучение содержит как коротковолновое излучение, рассеянное и отраженное атмосферой и поверхностью Земли, так и длинноволновое, связанное с излучением самой планеты. Если взять за 100% излучение, которое приходит от Солнца, то примерно 31% от него отражается и рассеивается атмосферой сразу: 17% облаками, 6% поверхностью земли и 8% безоблачной атмосферой. Назад уходит примерно 31%, а 69% этого коротковолнового излучения поглощается атмосферой (4% поглощается облаками, а 22% - безоблачной атмосферой) и 43% Землей. В установившемся стационарном режиме атмосфера излучает во внешнее пространство те же 69% низкочастотного ИК излучения. Причем атмосфера излучает низкочастотное ИК излучение и вниз, в Землю (67 + 34 = 101%), а Земля излучает в атмосферу 115% ИК излучения + 29% энергии скрытым теплом и турбулентными потоками, что составляет 144% по энергии от падающего излучения. Хотя поток энергии от поверхности Земли превышает 100%, никакого противоречия с законом сохранения энергии здесь нет, поскольку Земля получает 43% по энергии высокочастотным излучением и 101% (67 + 34 = 101%) низкочастотным ИК излучением от атмосферы, что составляет те же 144%. Таким образом, между поверхностью Земли и атмосферой благодаря парниковому эффекту возникают встречные потоки энергии, которые дополнительно нагревают атмосферу и поверхность Земли.[ ...]

Подстилающая поверхность расходует тепло на длинноволновое излучение. Расход этот пропорционалеп четвертой степени абсолютной температуры подстилающей поверхности. Но чем выше температура воды, тем выше и влагосодержание атмосферы. Когда увеличивается ее влагосодержание, она в ответ начинает тормозить то длинноволновое излучение, которое идет от поверхностных вод океана. Поэтому при теплой поверхности океана климат в прошлом всегда был благоприятным при неизменной деятельности Солнца. Отсюда вывод - по мере того как межокеаническая переброска теплых поверхностных вод Атлантики через Арктический бассейн в Тихий океан превысит 140 000 км3/год, еще больше выравняется разница температур между экватором и Северным полюсом. Разрыв между их тепловыми режимами будет сглаживаться не за счет понижения экваториальных температур, а исключительно за счет повышения температуры поверхностных вод Полярного бассейна и за счет более экономной отдачи тепла в межпланетное пространство.[ ...]

Углекислый газ играет определенную роль в поглощении длинноволнового излучения и поддержании “оранжерейного эффекта”, повышающего темпера-туру у поверхности Земли. Наблюдения и теоретические расчеты свидетельствуют о глобальном накоплении углекислого газа в связи со все увеличивающимися объемами сжигаемого топлива. Количество углекислого газа в атмосфере ежегодно увеличивается в среднем на 0,02% (содержание его в атмосфере уже к 2000 г. составит 0,0379%), что может отрицательно отразиться на климатических условиях - создается так называемый “парниковый эффект” из-за препятствия рассеивания тепла от поверхности Земли (изменение теплового баланса планеты).[ ...]

Другой энергетический компонент среды обитания - тепловое излучение. Оно исходит от всех поверхностей и тел, температура которых выше абсолютного нуля. Это не только почва, вода и растения, но и облака, излучающие вниз, на экосистемы, значительные количества тепловой энергии. Потоки длинноволнового излучения, разумеется, распространяются беспрестанно и во всех направлениях, а солнечный компонент имеет четкую направленность и поступает только днем. Следовательно, количество тепловой энергии, получаемой со всех сторон за сутки летом животным на открытом пространстве или листом растения, может в несколько раз превышать направленное прямо вниз излучение Солнца [в случае, рассмотренном Гейтсом (Gates, 1963), это соответственно 1660 и 670 кал-см 2]. Кроме того, тепловая энергия поглощается биомассой полнее, чем солнечное излучение. Большое экологическое значение имеют суточные колебания. В таких биотопах, как пустыни или высокогорные тундры, дневной поток энергии во много раз больше ночного, а в глубоководных зонах океана, в глубине тропического леса (и, конечно, в пещерах) общий поток излучения может на протяжении суток оставаться практически постоянным.[ ...]

В настоящее время большое внимание уделяется теории переноса длинноволнового излучения в облачности как совокупности облаков конечных горизонтальных размеров. В ряде работ предлагается рассчитывать среднюю интенсивность длинноволновой радиации в разорванной облачности на основе решений уравнения переноса, полученных для сплошного однородного слоя, изолированного облака и ансамбля регулярно расположенных в пространстве облаков. Здесь на основе идей и методов, используемых в коротковолновой области спектра, получим и решим уравнения для средней интенсивности длинноволновой радиации .[ ...]

Радиационно-активными примесями атмосферы в основном не задерживается длинноволновое излучение в диапазоне 8-13 мкм. Через это окно прозрачности и еще небольшие щелочки в газов о-паров ом экране Земли в Космос вырывается даже чуть больше тепла, чем поглощается извне. Это и обеспечивает в конце концов почти точный баланс прихода и расхода тепла на Земле.[ ...]

Вторым важнейшим компонентом радиационного баланса (1.1) является уходящее длинноволновое излучение системы Земля -■ атмосфера. В случае абсолютно черного тела излучение пропорционально четвертой степени температуры. Спектр излучения абсолютно черного тела следует из квантовой гипотезы Планка и весь лежит в диапазоне от 3,5 до 80 мкм. Длина волны, отвечающая максимуму в спектре, в соответствии с законом Вина составляет при 293 К 9,85 мкм. Земля, строго говоря, не является абсолютно черным телом/поэтому одной из важнейших становится задача параметризации коэффициента «серости» системы Земля - атмосфера. Количественной основой для этого могут служить спутниковые измерения уходящего излучения. Исторический обзор обработки и анализа спутниковых данных по радиационному длинноволновому излучению приводится в . В настоящее время имеется порядка 5-10 серий спутниковых измерений Ri продолжительностью более года. Зонально осреднен-ные значения уходящего излучения максимальны в зоне 10° с. ш. - 20° ю. ш. (240-265 Вт/ма) и минимальны в приполярных районах (135-170 Вт/м2). Амплитуды годового хода Ri составляют 5-6 Вт/м2 в экваториально-тропических широтах и 20-25 Вт/м2 в приполярных. Значения над океанами в среднем выше, чем над сушей, на 10-15%- В приводится анализ поля длинноволнового излучения с помощью аппарата эмпирических ортогональных функций, позволивший выявить многие важные закономерности пространственной дифференциации. В многочисленных параметризациях, как правило, используются зависимости уходящего излучения от приземной температуры, облачности и влагосодержания атмосферы .[ ...]

Еще более неудовлетворительные результаты получаются при расчетах потоков длинноволнового излучения поверхности морей и океанов, а также потоков явного и скрытого тепла, в расчетные формулы которых также входит Ти, при использовании метеорологических наблюдений, производимых вахтенными штурманами. Для характеристики температуры водной поверхности они, как правило, используют температуру забортной воды, поступающей в систему охлаждения силовой установки судна. Эта температура может отличаться от Тп на 1-2°С и более. Существует проблема определения температуры излучающей поверхности для фунтов и различных растительных сообществ.[ ...]

Шулейкин [грименил формулу Онгстрема (6) для вычисления потерь на эффективное излучение водами Атлантического океана при составлении полного теплового баланса поверхности Северной Атлантики. В результате полный баланс, о котором будет речь ниже, оказался отрицательным даже в тропической зоне (разумеется, в зимнее время). Это заставило организовать в следующем рейсе «Седова» непосредственные измерения эффективного излучения. В мастерских Главной геофизической обсерватории были заказаны датчики длинноволнового излучения для установки на мачтах. Такой датчик, сконструированный Ю. Д. Янишевским, состоит из полосок манганина и константана шириной 0,45 мм, толщиной 0,019 мм и длиной 8 мм . Нечетные спаи расположены на медных штифтах, изолированных в электрическом отношении от массивной металлической пластины, в которой они прикреплены. Эта пластина находится в тепловом контакте с корпусом и принимает температуру окружающего воздуха.[ ...]

Наряду с коротковолновой радиацией (0,17+0, 14 мкм) к земной поверхности поступает длинноволновое излучение атмосферы Е. Земная поверхность в свою очередь излучает длинноволновую радиацию Еэ в соответствии со своей температурой, 99% излучения земли и атмосферы имеет длины волн от 4 до 40 мкм.[ ...]

Механизм возникновения «парникового» эффекта чрезвычайно прост. Обычное солнечное излучение при безоблачной погоде и чистой атмосфере сравнительно легко достигает поверхности Земли, поглощается поверхностью почвы, растительностью, постройками и т. д. Нагретые поверхности отдают тепловую энергию снова в атмосферу, но уже в виде длинноволнового излучения в соответствии с законом Вина, согласно которому частота излучения с максимальной интенсивностью Кпах прямо пропорциональна абсолютной температуре Т: К,а ЬТ, где Ь - константа.[ ...]

Суть парникового эффекта заключается в том, что парниковые газы хорошо пропускают солнечное излучение, доходящее до поверхности Земли и нагревающее ее, и заметно поглощают отраженное тепловое (длинноволновое) излучение нагретой поверхности и нижних слоев атмосферы. Часть этого поглощенного теплового излучения возвращается атмосферой к поверхности Земли. Не будь этого эффекта, средняя температура земной поверхности была бы на 3,2...5,0°С ниже нынешних 14,5°С.[ ...]

В. П. интенсивно поглощает солнечную радиацию в красной и инфракрасной частях спектра, а также и длинноволновое излучение (см. поглощение радиации).[ ...]

Здесь (5зг - приходящая на верхнюю границу зоны коротковолновая радиация; а - альбедо; 1 - уходящее длинноволновое излучение - (ккал/см2 мес) и - температура поверхности; - средняя равновесная температура, 0 С; в = 0,5 - балл облачности; А = 14,0, В = 0,14; А = 3,0, В =0,10 - размерные коэффициенты. Справа в уравнении баланса энергии (12) -меридиональный приток тепла в виде закона Ньютона, где (5 = 0,235 ккал/см2 мес град. Все коэффициенты в (12) и (13) определены на основе эмпирического материала. Считая меридиональные потоки тепла неизвестными, найдем их значения, при которых имеет место минимум скорости обмена энтропией с внешней средой для этой модели. В простейшем случае, когда северное, например, полушарие разбито на две широтные зоны равной площади, возможно несложное аналитическое решение поставленной задачи.[ ...]

Парниковый эффект. Он почти целиком создается из-за отражения к Земле парниковыми газами и парами воды уходящего длинноволнового излучения. Ныне среднеглобальная температура близка к 15°С, а могла бы быть -18°С, если бы планету не подогревали: пары воды на 20,6°К, С02 на 7,2°К, N20 на 1,4°К, СН4 на 0,8°К, 03 на 2,4°К и фреоны на 0,8°К. Температуры даются по шкале Кельвина, по которой неслучайно отсчет ведется от абсолютного нуля или от -273°С. Этим подчеркивается, что нашу планету в основном нагревает коротковолновая солнечная радиация, условно говоря, от абсолютного нуля до -18°С, а дообогревает ее, так называемое, противоизлучение атмосферы. Такой вариант определения величины парникового эффекта газообразных примесей атмосферы, равный 33,2°К разработан К.Я.Кондратьевым и Н.И.Москаленко (1987). Существуют и другие оценки.[ ...]

Закон Кирхгофа дает принципиальное качественное правило - «как тело поглощает, так и излучает». Многие газы, поглощая излучение лишь определенной длины волны, имеют при разреженном давлении линии поглощения, которые при повышении давления превращаются в полосы поглощения. Вне полос поглощения они прозрачны для излучения и, естественно, не излучают радиацию сами. В качестве примера можно привести водяной пар, озон, углекислый газ идр. Важным обстоятельством при этом является то, что водяной пар, например, практически прозрачен для коротковолновой солнечной радиации, но интенсивно поглощает длинноволновое излучение земной поверхности. Излучение земной поверхности формируется в результате нагревания ее в первую очередь коротковолновой солнечной радиацией.[ ...]

Тепловой режим водной поверхности в значительной степени определяется величиной радиационного баланса, равной сумме энергии коротковолнового и длинноволнового излучения, поглощаемого деятельным слоем водоема. Температура водной поверхности, определяющая упругость насыщения водяного пара и, следовательно, скорость испарения, зависит от величины радиационного баланса, теплообмена в воде, атмосфере и грунте (для мелководных водоемов), теплоты фазовых переходов (испарения и конденсации).[ ...]

Лондона, приведенным в монографии А. X. Хрги-ана, для северного полушария в среднем за год отражается в мировое пространство около 123 Вт/м2 и теряется за счет длинноволнового излучения около 226 Вт/м2, при этом поглощается атмосферой около 61 Вт/м2, а земной поверхностью - 165Вт/м2.[ ...]

Как известно, наиболее серьезными антропогенными причинами возможного изменения климата являются: увеличение в атмосфере углекислого газа и других газовых примесей, поглощающих длинноволновые излучения и влияющих на озоносферу Земли; выделение антропогенного тепла; выброс в атмосферу частиц веществ, формирующих слои стратосферных и тропосферных аэрозолей. Антропогенные аэрозоли изменяют отражательную способность атмосферы, а также, действуя в качестве ядер конденсации, влияют на процессы осадкообразования. Различные способы землепользования, изменение растительности ведут к изменению альбедо Земли. Однако недостаточно изучить эти процессы в целом, необходим регулярный мониторинг этих воздействий в пространстве и во времени, а также мониторинг эффектов, вызываемых ими.[ ...]

Из физически разумного предположения о возрастании концентрации водяного пара с увеличением температуры следует, что молено ожидать увеличения водности, возрастание которой приводит к росту альбедо облаков, но мало сказывается на их длинноволновом излучении, за исключением перистых облаков, которые не являются абсолютно черными. Это уменьшает нагревание атмосферы и поверхности солнечным излучением и, следовательно, температуру и дает пример отрицательной облачнорадиационной обратной связи. Оценки величины параметра X данной обратной связи изменяются в широких пределах от 0 до 1,9 Вт-м 2-К 1 . Следует отметить, что недостаточно детальное описание физических, оптических и радиационных свойств облаков, а также неучет их пространственной неоднородности является одним из основных источников неопределенности в исследованиях по проблеме изменения глобального климата.[ ...]

Регулярные исследования радиационного баланса различных слоев атмосферы осуществляются путем актинометрического радиозондирования. При актинометрическом радиозондировании измеряются в темное время суток разности потоков восходящего и нисходящего длинноволнового излучения, т.е. эффективное излучение на стандартных изобарических уровнях. Потоки коротковолновой радиации измеряются лишь путем самолетного и аэростатного зондирования.[ ...]

Использовали данные о температуре подаваемых на очистку стоков за последние пять лет, предшествовавших модернизации станции. На температуру в реакторе влияют следующие факторы. Положительное влияние оказывают температура подаваемого стока, солнечное излучение, механическая энергия и энергия, выделяющаяся в биологическом процессе. Температурные потери связаны с испарением и конвекцией, вызванной ветрами, длинноволновым излучением, таянием выпавшего снега и поглощением в почве. Эти явления были промоделированы с тем, чтобы предсказать температуру в аэротенке в зимний период времени.[ ...]

Значение углекислого газа атмосферы для географической оболочки не ограничивается его участием в создании органического вещества. Важные последствия имеет свойство углекислого газа пропускать коротковолновую солнечную радиацию и поглощать часть теплового длинноволнового излучения, что создает так называемый парниковый эффект, выраженный в повышении температуры воздуха вблизи поверхности Земли.[ ...]

Несмотря на непрерывное облучение, Земля (вместе с ее атмосферой) находится в состоянии радиационного равновесия: она теряет столько же радиации, сколько и получает ее. Если принять за 100 единиц поток солнечной радиации на границе атмосферы, то уходящая радиация (длинноволновое излучение земной поверхности атмосферы, уходящее в Космос) составит 70 единиц, остальные 30 единиц приходятся на отраженную и рассеянную коротковолновую солнечную радиацию, выходящую за границы атмосферы.[ ...]

Суть парникового эффекта состоит в следующем. Солнечные лучи проникают сквозь земную атмосферу к поверхности Земли. Однако накопление в атмосфере диоксида углерода, оксидов азота, метана, паров воды, фторхлор-углеводородов (фреонов) приводит к тому, что тепловое длинноволновое излучение Земли поглощается атмосферой. Это приводит к накоплению избыточной теплоты в приземном слое воздуха, т. е. нарушается тепловой баланс планеты. Такой эффект подобен тому, который мы наблюдаем в покрытых стеклом или пленкой парниках. В результате температура воздуха у земной поверхности может возрасти.[ ...]

К настоящему времени деятельность человека значительно влияет на состав воздуха планеты и приводит прежде всего к созданию парникового эффекта, т. е. к увеличению содержания в нем парниковых газов. Эти газы, будучи прозрачными для коротковолновых солнечных лучей, плохо пропускают длинноволновые излучения, уходящие обратно в космическое пространство. В результате нижний слой атмосферы и поверхность Земли нагреваются. Рост средней температуры за последние полтора века показан на рис. 9.3.[ ...]

В тропосфере находится большая часть космической и антропогенной пыли, водяного пара, азота, кислорода и инертных газов. Она практически прозрачна для проходящей через нее коротковолновой солнечной радиации. Вместе с тем содержащиеся в ней пары воды, озон и углекислый газ достаточно сильно поглощают тепловое (длинноволновое) излучение нашей планеты, в результате чего происходит некоторое нагревание тропосферы. Это приводит к вертикальному перемещению потоков воздуха, конденсации водяного пара, образованию облаков и выпадению осадков.[ ...]

Что касается характера распространения в застройке отраженной и излучаемой поверхностями радиации, то их тепловое действие проявляется на следующих расстояниях от поверхности: при юго-восточной и южной ориентации - 4-5 м; юго-западной -7- 8 м; западной - 9-10 м; северо-западной - 5-6 м. Радиус действия теплового длинноволнового излучения нагретых поверхностей несколько больше. Так, при западной ориентации поверхности он достигает 15-16 м.[ ...]

Плотность В. П. относительно воздуха при равных значениях температуры и давления 0,623. Давление (упругость) В. П. для состояния па сыщения зависит от температуры (см. упругость насыщения). Удельная теплоемкость В. П. при 100° и 760 мм рт. ст. - 0,487 кал/г-град. В. П. интенсивно поглощает солнечную радиацию в красной и инфракрасной частях спектра, а также и длинноволновое излучение (см. поглощение радиации).[ ...]

Эта реакция вблизи от земной поверхности протекает в незначительной степени, так как для ее осуществления требуется УФ-излу-чение с длиной волны больше 290 нм, а интенсивность этих лучей около земли крайне невелика. При взаимодействии пестицидов, содержащих в своем составе ароматические компоненты, с соответствующими твердыми веществами или растворителями область поглощения УФ-лучей сместится в длинноволновую область (ба-тохромный сдвиг), что обеспечивает достаточную интенсивность околоземного длинноволнового излучения.

Альбедо Земли Процентное отношение солнечной радиации, отданной земным шаром (вместе с атмосферой) обратно в мировое пространство, к солнечной радиации, поступившей на границу атмосферы. Отдача солнечной радиации Землей слагается из отражения от земной поверхности, рассеяния прямой радиации атмосферой в мировое пространство (обратного рассеяния) и отражения от верхней поверхности облаков. А. 3. в видимой части спектра (визуальное)-около 40%. Для интегрального потока солнечной радиации интегральное (энергетическое) А. 3. около 35%. В отсутствие облаков визуальное А. 3. было бы около 15%.

Излучение земной поверхности - тепловое инфракрасное, не воспринимаемое глазом излучение земной поверхности с длинами волн от 3 до 80 мкм. Поток собственного излучения земной поверхности направлен вверх и почти целиком поглощается атмосферой, нагревая ее. За счет собственного излучения земная поверхность теряет тепло. Атмосфера Земли поглощает земное излучение и снова возвращает большую его часть к Земле (встречное излучение).

Эффективное излучение земной поверхности - разность собственного излучения земной поверхности и поглощенного ею встречного излучения атмосферы.

23.Тепловой баланс земной поверхности

Тепловой баланс земной поверхности - алгебраическая сумма всех видов прихода и расхода тепла на поверхность суши и океана. Характер теплового баланса и его энергетический уровень определяют особенности и интенсивность большинства экзогенных процессов. Основными составляющими теплового баланса океана являются:

Радиационный баланс;

Затрата тепла на испарение;

Турбулентный теплообмен между поверхностью океана и атмосферой;

Вертикальный турбулентный теплообмен поверхности океана с нижележащими слоями; и

Горизонтальная океаническая адвекция.

24. Теплопроводность почвы. Законы Фурье.

Пористость - порошкообразное измельчение массы - сильно затрудняет проведение тепла в почве, так как прикосновение отдельных частичек ее в высшей степени несовершенно, а лежащий между ними воздух обладает очень слабою теплопроводимостью. Влияние воды на передачу тепла в глубь почвы может быть разъяснена двумя следующими случаями. Во-первых, если почва только влажна, т. е. все водяные частички удерживаются большой капиллярной силой, вследствие чего затрудняется их циркуляция, то вода не может играть заметной роли при распределении теплоты в такой почве. В этом случае влажная почва относительно распределения теплоты по почвенным слоям будет действовать почти как сухая, т. е. как дурной проводник теплоты.

Теплопроводность влажной почвы больше, чем сухой, так как вода до некоторой степени вытесняет частицы воздуха, обладающие наислабейшею способностью проводить теплоту; притом почва теряет и свою пористость. Во-вторых, если почва настолько мокрая, что вода до некоторой степени может циркулировать, то подобная почва при нагревании сверху не передает нагретых водяных частичек в более глубокие горизонты; они находятся уже в положении самом благоприятном - устойчивого равновесия. Но если почва будет охлаждаться сверху, вследствие ли холодного ветра или лучеиспускания в мировое пространство, то охлажденные верхние частички жидкости получат стремление опускаться вниз, на место более теплых и глубже лежащих; вследствие чего охлаждение почвы будет чувствоваться на большей глубине, чем нагревание ее, но именно потому, что при охлаждении почвы участвуют большие массы частичек воды, в ней не обнаруживаются при этом такие крайности, как при противоположном явлении.

Перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия составляющих его частиц. Приводит к выравниванию температуры тела. Обычно количество переносимой энергии, определяемое как плотность теплового потока, пропорционально градиенту температуры -закон Фурье.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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 .

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.

Верхние слои почвы и воды, снежный покров и растительность сами излучают длинноволновую радиацию; эту земную радиацию чаще называют собственным излучением земной поверхности.

Интенсивность собственного излучения (т.е. отдачу лучистой энергии с единицы горизонтальной поверхности за единицу времени) можно рассчитать, зная абсолютную температуру земной поверхности. По закону Стефана-Больцмана излучение с каждого квадратного сантиметра абсолютно черной поверхности в калориях за одну минуту при абсолютной температуре Т равно

где постоянная σ = 8,2·10-11 кал/см2.

Земная поверхность излучает почти как абсолютно черное тело, и интенсивность ее излучения Es может быть определена по формуле (56).

При +15°С, или 288 К, Es равно 0,6 кал/(см2·мин).Столь большая отдача радиации с земной поверхности приводила бы к быстрому ее охлаждению, если бы этому не препятствовал обратный процесс – поглощение солнечной и атмосферной радиации земной поверхностью.

Абсолютные температуры земной поверхности заключаются между 180 и 350°. При таких температурах испускаемая радиация практически заключается в пределах 4 - 120 мк,а максимум ее энергии приходится на длины волн 10 - 15 мк.Следовательно, вся эта радиация инфракрасная, не воспринимаемая глазом (рис. 8).

Рис. 8. Излучение абсолютно черного тела при температурах 200, 250 и 300 К

Атмосфера нагревается, поглощая как солнечную радиацию (хотя в сравнительно небольшой доле, около 15% всего ее количества, приходящего к Земле), так и собственное излучение земной поверхности. Кроме того, она получает тепло от земной поверхности путем теплопроводности, а также при испарении и последующей конденсации водяного пара. Будучи нагретой, атмосфера излучает сама. Так же как и земная поверхность, она излучает невидимую инфракрасную радиацию примерно в том же диапазоне длин волн.

Большая часть (70%) атмосферной радиации приходит к земной поверхности, остальная часть уходит в мировое пространство. Атмосферную радиацию, приходящую к земной поверхности, называют встречным излучением (Еа) ; встречным потому, что оно направлено навстречу собственному излучению земной поверхности. Земная поверхность поглощает это встречное излучение почти целиком (на 90 - 99%). Таким образом, оно является для земной поверхности важным источником тепла в дополнение к поглощенной солнечной радиации.

Встречное излучение возрастает с увеличением облачности, поскольку облака сами сильно излучают.

Для равнинных станций умеренных широт средняя интенсивность встречного излучения (на каждый квадратный сантиметр площади горизонтальной земной поверхности в одну минуту) порядка 0,3 – 0,4 кал, на горных станциях – порядка 0,1 – 0,2 кал. Это уменьшение встречного излу-чения с высотой объясняется уменьшением содержания водяного пара. Наибольшее встречное излуче-ние – у экватора, где атмосфера наиболее нагрета и богата водяным паром. Здесь оно составляет 0,5 – 0,6 кал/(см2·мин)в среднем годовом, а к полярным широтам убывает до 0,3 кал/(см2·мин).

Водяной пар играет основную роль, как в поглощении земного излучения, так и во встречном излучении.

Встречное излучение всегда несколько меньше земного. Поэтому ночью, когда солнечной радиации нет и к земной поверхности приходит только встречное излучение, земная поверхность теряет тепло за счет положительной разности между собственным и встречным излучением. Эту разность между собственным излучением земной поверхности и встречным излучением атмосферы называют эффективным излучением (Ее)

Эффективное излучение представляет собой чистую потерю лучистой энергии, а следовательно, и тепла с земной поверхности ночью, и именно оно измеряется специальными приборами – пиргеометрами. Собственное излучение можно определить по закону Стефана-Больцмана, зная температуру земной поверхности, а встречное излучение вычислить по формуле (57).

Интенсивность эффективного излучения в ясные ночи состав­ляет около 0,10 - 0,15 кал/(см2·мин)на равнинных станциях умеренных широт и до 0,20 кал/(см2·мин) –на высокогорных станциях (где встречное излучение меньше). С возрастанием облачности, увеличивающей встречное излучение, эффективное излучение убывает. В облачную погоду оно гораздо меньше, чем в ясную; стало быть, меньше и ночное охлаждение земной поверхности.

Эффективное излучение, конечно, существует и в дневные часы. Но днем оно перекрывается или частично компенсируется поглощенной солнечной радиацией. Поэтому земная поверхность днем теплее, чем ночью, вследствие чего, между прочим, и эффективное излучение днем больше.

В общем земная поверхность в средних широтах теряет эффективным излучением примерно половину того количества тепла, которое она получает от поглощенной радиации.

Поглощая земное излучение и посылая встречное излучение к земной поверхности, атмосфера тем самым уменьшает охлаждение последней в ночное время суток. Днем же она мало препятствует нагреванию земной поверхности солнечной радиацией. Это явление атмосферы на тепловой режим земной поверхности носит название тепличного эффектавследствие внешней аналогии с действием стекол теплицы.

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.

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

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

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

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

- (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