Echilibrul radiații
Cantitatea de căldură primită de la soare suprafața pământului depinde în primul rând de unghiul de incidență a luminii solare. Abrupt care se încadrează lumina soarelui t. E. Cu cât mai mare înălțimea soarelui deasupra orizontului, inferior calea luminii solare în atmosferă (fig. 8), și cu atât mai mare cantitatea de energie necesară pentru a
per unitate de suprafață. Pe de altă parte, mai mic unghiul de incidență, cu atât mai mult calea luminii solare în atmosferă și mai puțină energie pe unitatea de suprafață.
Valoarea maximă a radiației solare primite pe unitatea de suprafață la sol orizontală perpendiculară pe razele soarelui atunci când soarele este la zenit, t. E. Atunci când unghiul de incidență a luminii solare este de 90 °.
Pentru a studia procesele cauzate de afluxul de energie solară, este necesar să se cunoască cât de mult le primește Pământul cu atmosfera și hidrosfera ca această energie este distribuită pe tot globul și modul în care este cheltuit. Dar Pământul este nu numai primește căldură de la soare, ea dă prin radiație. Diferența dintre sosirea și fluxul de energie radiantă a soarelui este numit echilibrul radiații.
Pierderea de căldură prin radiație suprafața pământului este compensat în mare măsură de radiația atmosferică îndreptată în jos. Cu toate acestea, deoarece temperatura de suprafață peste temperatura atmosferei, radiația terestră este întotdeauna mai mare decât radiația atmosferică. Cu alte cuvinte, suprafața Pământului este întotdeauna pierde unele de căldură. Diferența dintre valoarea și amploarea radiației terestre absorbite de atmosfera de bază counterradiation de suprafață numită efectivă radiații. radiația terestră măsurată în calorii pe centimetru pătrat pe minut (cal / cm2 min).
Amploarea echilibrului radiații de suprafața Pământului este determinată de ecuația:
unde Q - radiația solară totală pe suprafață orizontală unitate; și - reflectivitatea suprafața pământului pentru radiația de undă scurtă; I - radiația efectivă, egală cu diferența dintre counterradiation radiații intrinseci de suprafață și atmosfera Pământului.
Temperatura de suprafață și umiditatea au un efect semnificativ asupra magnitudinii efective radiații, cu toate acestea, efectiv zi înainte de radiații pe timp de noapte, de vară mai mult decât iarna. În acele părți ale Pământului, în cazul în care există adesea tulbure, radiația efectivă a suprafeței Pământului este mai mică decât în cazul în care predomină vremea clară. Pierderea de căldură este foarte redusă datorită atmosferei absorbtivitate de suprafață. În lipsa atmosferei între sosirea radiației termice solare și suprafața pământului altfel ar fi stabilit un echilibru decât există în prezent.
Studiul caracteristicilor de radiații în diferite părți ale globului este una dintre cele mai importante sarcini ale meteorologiei. Chiar și la sfârșitul secolului trecut (1884), un geograf proeminent și climatolog A. I. Voeykov scris despre nevoia de „cont de carte a căldurii solare primite de pe glob, cu manta de aer și apă. Trebuie să știm cât de multe se transformă căldura soarelui în partea de sus a atmosferei; cât de mult se duce la încălzirea atmosferei, pentru a schimba starea de amestecat la vaporii de apă ei; apoi - cantitatea atinge suprafața de teren, iar apa, care este încălzită la diferite organisme care se schimbă în starea lor (de la solid la lichid și de la lichid la gazos); reacțiile chimice în special asociate cu viața organică; atunci trebuie să știți cât de mult se pierde căldură prin radiația Pământului în spațiul ceresc, și modul în care este această pierdere. "
Din moment ce de mult a fost studiat. Inventat instrumente speciale pentru măsurarea echilibrului radiații, numit radiometru net, hărți de echilibru radiativ suprafața pământului, etc ..
Revenind la întrebarea cu privire la numărul de influx de energie solară în lume, ia în considerare cantitatea calculată de radiații solare pentru vară și solstițiul de iarnă în absența
atmosferă. Aceste date sunt prezentate în tabelul 2. Din acest tabel, - că, în absența atmosferei în timpul solstițiului de vară arctică ar primi cea mai mare cantitate de căldură solară - .. 1110 cal / cm2 pe zi, adică, mai mare decât zona ecuatorială, în care cantitatea zilnică de căldură Acesta sa ridicat la numai 814 cal / cm2.
O astfel de distribuție a radiației solare, datorită faptului că nu merge Polar bazinul de soare pe tot parcursul zilei, în vara la orizont, iar iarna nu apare deasupra orizontului, în timp ce în zona ecuatorială a duratei orelor de zi, în care nu fluctuații semnificative, și este de aproximativ 12 ore, în cursul anului . Prin urmare, în cursul anului latitudini mai joase, primesc mai multă căldură decât la mijlocul și latitudini mari.
Pentru a determina măsura în care cantitatea de energie ajunge la suprafata perpendicular pe razele solare depinde de unghiul de incidență, consultați tabelul 3. În acest tabel arată datele calculate teoretic, de o cantitate de radiații solare care intră perpendicular pe suprafața absolut negru, în funcție de înălțimea soare deasupra orizontului, în absența atmosferei (constanta solara) si trecerea luminii solare printr-un mediu ideal, iar datele obținute din observarea directă etc. există o adevărată atmosferă în mijlocul transparenței sale.
După cum se vede din tabelul 3, în comparație cu intensitatea radiației solare este constantă, chiar dacă în mod considerabil mai mică decât atmosfera ideală și, desigur, este chiar mai puțin, în prezența atmosferei reale. Dacă înălțimea soarelui de 20 °, intensitatea radiației solare în comparație cu constanta solară în atmosfera reală este redus cu aproape jumatate, in timp ce altitudinea soarelui de 60 ° - 30%. Scăderea bruscă a intensității radiației solare are loc în atmosfera reală, în principal datorită conținutului de vapori de apă și praf cu capacitate mare de absorbție.
Acesta este cazul cu sosirea caldura soarelui pe suprafata perpendicular pe razele.
Tabelul 4 prezintă exemple de radiație solară pe zi a Pământului la diferite puncte din mijlocul verii și mărimea sumelor anuale în aceleași puncte (la N. P. Rusinu). Spectacolele de masă, de exemplu, că stația „Vostok“, care este aproape de continentul sudic, în cazul în care cerul este senin și clar, căldura verii este furnizată pe zi 2-2,5 ori mai mult decât în mijloc și latitudini ale Pământului inferior. De fapt, cantitatea anuală de energie solară pe suprafață orizontală unitară în joase și latitudini medii cu o mai mare cantitate decât la latitudini mai mari. Acest lucru se datorează unghiul de incidență a luminii solare. Deci, atunci când razele soarelui cad
la un unghi de 30 ° cantitatea de radiație care intră în suprafața orizontală 1 cm2, comparativ cu o incidență perpendiculară a razelor este redus de 2 ori, iar la altitudinea de soare de 5 ° - aproape 12 ori. Prin urmare, fluxul de radiații solare care vine pe suprafața orizontală scade rapid de la ecuator la poli.
Cantitatea de căldură solară primită de diferite porțiuni ale suprafeței Pământului, variază pe tot parcursul anului, în funcție de poziția Pământului față de soare. În timpul echinocțiului de primăvară și toamnă, la prânz, la ecuator, soarele este la zenit, iar polii - la orizont. În ziua solstițiului de vară în emisfera nordică, înălțimea soarelui la ecuator 66,5 °, în partea de nord a Tropicul de 90 °, și doar 23,5 ° la Polul Nord. În acest moment, soarele nu apune niciodată în regiunea arctică și eficientă zi polară, iar Antarctica este cufundat în noapte polară.
În ziua solstițiului de iarnă în Arctica, soarele este sub orizont (noapte polară), iar în Ziua Antarctica Polar are loc. Cu toate acestea, atât în nord, cât și la Polul Sud în timpul zilei polare razele soarelui cad sub unghiul cel mai mic.
Durata zilei polare, precum și cu noaptea polară, este de aproximativ o jumătate de an. Prin urmare, în latitudini joase ale Pământului, unde altitudinea soarelui pe tot parcursul anului în general, este mult mai cald decât în latitudinile medii și înalte, în special emisfera nordică și sudică. Acest lucru explică, de asemenea, pentru cea mai mare căldură de suprafața pământului, la prânz, atunci când razele soarelui cad pe el la cel mai înalt unghi. Desigur însă anuală a temperaturii aerului depinde de condițiile fizice și geografice ale regiunii și advecție m. P.