Velika enciklopedija nafte i plina. Bilanca zračenja i njezine komponente. Raspodjela bilance zračenja na površini Zemlje
Zemljina površina, apsorbirajući sunčevu energiju i zagrijavajući se, sama postaje izvor toplinskog zračenja u atmosferu i svemir. Prema Stefan-Boltzmannovom zakonu, što je viša temperatura površine, to je njeno zračenje veće. Za razliku od kratkovalnog sunčevog (izravnog i raspršenog) i reflektiranog zračenja, intrinzično zračenje zemljine površine dugi val, toplinski (E ef). Većinu Zemljinog zračenja zadržava atmosfera zahvaljujući vodenoj pari, ugljičnom dioksidu i djelomično ozonu. Upijajući ga, kao i dio sunčevog zračenja, atmosfera se zagrijava i sama zrači toplinom. Atmosfersko zračenje također je dugovalno. Većina je usmjerena natrag na zemljinu površinu i tzv protuatmosfersko zračenje (E a). Dodatni je izvor topline za zemljinu površinu apsorbiranom sunčevom zračenju. Razlika između zračenja zemljine površine i protuzračenja atmosfere naziva se efektivno zračenje (E eff). Prikazuje stvarni gubitak topline sa površine zemlje.
Efektivno zračenje ovisi o nizu čimbenika, a prvenstveno o temperaturi podloge: što je ona viša, to je efektivno zračenje veće. Stoga je značajniji tijekom dana, ali se preklapa s ukupnim
nema sunčevog zračenja. Noću, kada ostaje bez kompenzacije, temperatura površine i zraka opada. Na efektivno zračenje značajno utječe vlažnost zraka i naoblaka: za oblačnog vremena ona je mala, za vedrog vremena visoka. Smanjuje ga i vegetacija. Zračenje ovisi i o apsolutnoj nadmorskoj visini područja: u planinama, gdje je gustoća zraka mala, zbog čega je pravac danju velik solarno zračenje, a noću je protuzračenje neznatno, efektivno zračenje vrlo veliko. To dovodi do velike dnevne temperaturne razlike.
Efektivno zračenje najveću vrijednost postiže u području tropskih pustinja, što je posljedica visoka temperatura podloga, nebo bez oblaka i suh zrak. Manji i približno jednaki gubici topline zbog efektivnog zračenja opaženi su u ekvatorijalnim i umjerenim geografskim širinama, a najmanji u polarnim zemljama.
Sposobnost atmosfere da propušta sunčevo zračenje, ali da zadržava zemaljsko zračenje zbog stakleničkih plinova, naziva se staklenik ili efekt staklenika. Ima umjereni učinak na temperaturu Zemlje. Budući da je vodena para glavni upijajući i zračeći dio zraka, ona je važna karika ne samo u kruženju vlage, već iu kruženju topline na Zemlji.
U spektralnim područjima jake apsorpcije zračenje sa zemljine površine se apsorbira ne napuštajući Zemljinu atmosferu.
U ovom problemu, zračenje Bs zemljine površine i albedo fc ove površine smatraju se danima. Preko gornje granice energija zračenja uopće ne ulazi u atmosferu, ni u obliku izravnog zračenja Sunca ni u obliku reflektiranog zračenja.
Može se, naravno, poći i od složenijih zakona zračenja zemljine površine.
Infracrveno područje spektra s valnim duljinama od oko 10 mikrona tipično je za zračenje sa zemljine površine.
Efekt staklenika je zagrijavanje površinskog sloja atmosfere uzrokovano apsorpcijom dugovalnog (toplinskog) zračenja sa zemljine površine. Glavni razlog Ovaj proces je obogaćivanje atmosfere plinovima koji apsorbiraju toplinsko zračenje. Najviše važna uloga Ovdje dolazi do izražaja nadogradnja sadržaja. ugljični dioksid(CU2) u atmosferi.
Efekt staklenika je zagrijavanje površinskog sloja atmosfere uzrokovano apsorpcijom dugovalnog (toplinskog) zračenja sa zemljine površine. Glavni razlog za ovaj proces je obogaćivanje atmosfere plinovima koji apsorbiraju toplinsko zračenje. Tu najvažniju ulogu ima povećanje sadržaja ugljičnog dioksida (CO2) u atmosferi.
Napomenimo neke posebne slučajeve jednadžbe (25), povezane s posebnim pretpostavkama o prirodi zračenja sa Zemljine površine.
EFEKT STAKLENIKA (G.E.) - učinak zagrijavanja površinskog sloja zraka, uzrokovan činjenicom da atmosfera apsorbira dugovalno (toplinsko) zračenje sa Zemljine površine, u koje odlazi najveći dio svjetlosne energije Sunca koja dopire do Zemlje. pretvoreni. Budući da velik dio ovog zračenja blokiraju staklenički plinovi i oblaci, temperatura Zemljine površine je 33 C viša nego što bi bila da ovog procesa nema. Učinak na P.e. različiti plinovi značajno varira. Tako je utjecaj molekule metana 25 puta, a freona 11 tisuća puta jači od utjecaja molekule ugljičnog dioksida.
Ulazak energije zračenja u atmosferu osiguravaju: sunčevo zračenje u rasponu od ultraljubičasto zračenje na infracrveno (kratkovalno zračenje), neznatno raspršeno zračenje, apsorpcija zračenja sa zemljine površine u atmosferi.
Usporedba s izrazom (15) ukazuje da je doza zbog ukupnog djelovanja unutarnjeg i vanjskog kočno zračenje, u ovom slučaju je samo oko 0 1% doze stvorene zračenjem sa zemljine površine.
Zračenje zemljine površine sastoji se od dnevne refleksije i noćnog toplinskog zračenja zemlje.
Planinska i visinska klima dijeli se na planinsku klimu - do nadmorske visine oko 3000 m - koju karakterizira čist i svjež zrak te blagotvorna za čovjeka, i visinsku klimu - iznad 3000 - 4000 m - ali nije korisno za ljude. Intenzitet sunčevog zračenja i zračenja sa zemljine površine raste s nadmorskom visinom, a temperatura zraka opada. Sjenovite i sunčane strane u planinama imaju različite klimatske značajke koje utječu na razvoj biljaka. Sadržaj vodene pare u zraku opada s visinom znatno brže od tlaka. Najviše padalina opaža se na strani okrenutoj prema prevladavajućem vlažnom vjetru. Planinsku klimu karakterizira odsutnost topline. Tamo gdje ljetna vrućina nije dovoljna da otopi snježne mase nakupljene tijekom hladne sezone, postoji područje vječnog snijega. U mnogim slučajevima planine su klimatske granice.
Mogu se pojaviti temperaturne inverzije tijekom cijele godine. Inverzije površinske temperature povezane su sa zračenjem sa zemljine površine. U toploj polovici godine nastaju samo u vedrim, tihim noćima, u nedostatku naoblake u nižim i srednjim slojevima i jak vjetar. Snaga takvih inverzija je mala, svega nekoliko desetaka metara, a intenzitet nekoliko stupnjeva.
Albedo Zemlje Postotak sunčevog zračenja koje emitira globus (zajedno s atmosferom) natrag u svjetski prostor, u odnosu na sunčevo zračenje primljeno na granici atmosfere. Povrat Sunčevog zračenja od Zemlje sastoji se od refleksije od Zemljine površine, raspršenja izravnog zračenja atmosferom u svemir (backcattering) i refleksije od gornje površine oblaka. A. 3. u vidljivom dijelu spektra (vizualno) – oko 40%. Za integralni tok Sunčevog zračenja integral (energija) A. 3. iznosi oko 35%. U nedostatku oblaka, vizualni A. 3. bio bi oko 15%.
Zračenje sa zemljine površine- toplinsko infracrveno zračenje zemljine površine koje oko ne opaža s valnim duljinama od 3 do 80 mikrona. Tok vlastitog zračenja zemljine površine usmjeren je prema gore i gotovo ga potpuno apsorbira atmosfera, zagrijavajući je. Zbog vlastitog zračenja zemljina površina gubi toplinu. Zemljina atmosfera apsorbira Zemljino zračenje i veći dio ponovno vraća Zemlji (protuzračenje).
Efektivno zračenje zemljine površine- razlika između vlastitog zračenja zemljine površine i protuzračenja atmosfere koje ona apsorbira.
23. Toplinska bilanca zemljine površine
Toplinska bilanca zemljine površine je algebarski zbroj svih vrsta dotoka i odljeva topline na površinu kopna i oceana. Priroda toplinske bilance i njezina energetska razina određuju karakteristike i intenzitet većine egzogenih procesa. Glavne komponente toplinske bilance oceana su:
Ravnoteža zračenja;
Gubitak topline za isparavanje;
Turbulentna izmjena topline između površine oceana i atmosfere;
Vertikalna turbulentna izmjena topline površine oceana s nižim slojevima; I
Horizontalna oceanska advekcija.
24. Toplinska vodljivost tla. Fourierovi zakoni.
Poroznost - praškasto mljevenje mase - uvelike otežava provođenje topline u tlu, budući da je kontakt njegovih pojedinačnih čestica vrlo nesavršen, a zrak koji leži između njih ima vrlo slabu toplinsku vodljivost. Utjecaj vode na prijenos topline duboko u tlo može se objasniti sljedeća dva slučaja. Prvo, ako je tlo samo vlažno, odnosno sve čestice vode drži velika kapilarna sila, zbog čega je njihovo kruženje otežano, onda voda ne može igrati značajniju ulogu u raspodjeli topline u takvom tlu. U tom će slučaju mokro tlo, u odnosu na raspodjelu topline po slojevima tla, djelovati gotovo kao suho tlo, odnosno kao loš vodič topline.
Toplinska vodljivost mokrog tla veća je od suhog tla, budući da voda u određenoj mjeri istiskuje čestice zraka koje imaju najslabiju sposobnost provođenja topline; Štoviše, tlo također gubi svoju poroznost. Drugo, ako je tlo toliko mokro, da voda može koliko-toliko cirkulirati, onda takvo tlo, grijano odozgo, ne prenosi zagrijane čestice vode u dublje horizonte; već su u najpovoljnijem položaju – stabilna ravnoteža. Ali ako se tlo hladi odozgo, bilo kao posljedica hladnog vjetra ili zračenja u kozmički prostor, tada će ohlađene gornje čestice tekućine težiti da tonu dolje na mjesto toplijih i dubljih; Zbog toga će se na većoj dubini osjetiti hlađenje tla nego njegovo zagrijavanje, ali upravo zato što u hlađenju tla sudjeluju velike mase čestica vode, kod njega nema takvih ekstrema kao kod obrnute pojave.
Prijenos energije s jače zagrijanih područja tijela na manje zagrijana kao rezultat toplinskog kretanja i međudjelovanja njegovih sastavnih čestica. Dovodi do izjednačavanja tjelesne temperature. Tipično, količina prenesene energije, definirana kao gustoća toplinskog toka, proporcionalna je temperaturnom gradijentu - Fourierov zakon.
Zemlja, kao i svako drugo tijelo, čija je temperatura iznad apsolutne 0 (-273*K) emitira energiju. Međutim, u usporedbi s temperaturom Sunca, temperatura Zemljine površine i njezine atmosfere je niska, pa svo zračenje odnosno energija pada na IC dio spektra.
Zračenje atmosfere je složenije prirode u odnosu na zračenje Zemljine površine. Energiju emitiraju samo oni plinovi koji apsorbiraju, a to su vodena para, ugljikov dioksid, ozon, metan i dušikov oksid. Ti se plinovi nazivaju staklenički plinovi.
Najintenzivnije IC zračenje iz atmosfere apsorbira vodena para. Osim toga, ugljični dioksid ima veliki utjecaj na tok zračenja. Zbog jake apsorpcije dugovalnog zračenja vodenom parom i ugljikovim dioksidom. Najveći dio zračenja sa zemljine površine apsorbira atmosfera. Istovremeno, sunčevo zračenje prolazi kroz značajan dio atmosfere. Atmosfera pak proučava dugovalno zračenje čiji je dio usmjeren prema zemljinoj površini. Ovo zračenje se naziva protuzračenje iz atmosfere.
Dio nadolazeće energije zračenja ponovno se apsorbira Zemljina površina. Razlika između vlastitog zračenja ZP-a i apsorbiranog dijela protuzračenja naziva se efektivno zračenje. Temperatura atmosfere obično je niža od temperature zone. Stoga je u većini slučajeva efektivno zračenje pozitivno. To znači da zbog dugovalnog zračenja ZP gotovo uvijek gubi toplinu. Suptilni mehanizam termoregulacije koji se temelji na sastavu i fizička svojstva Atmosfera i podzemna površina Zemlje održavaju ravnotežu između sunčeve energije koja dolazi na površinu i dugovalnog zračenja Zemlje.
Ovaj mehanizam osigurava postojanost ravnoteže zračenja planeta i štiti njegovu površinu od pregrijavanja ili hipotermije.
Ugljikov dioksid ulazi u atmosferu kao prirodno, i kao rezultat ljudska aktivnost. Ugljični dioksid je kroz povijest Zemlje dolazio u atmosferu kroz vulkansku aktivnost i sudjelovao u prirodnom ciklusu ugljika u prirodi. Procjenjuje se da bi u nedostatku ugljičnog dioksida temperatura Zemljine površine bila 338C niža nego sada. Koncentracija ugljičnog dioksida i drugih stakleničkih plinova raste u atmosferi uglavnom zbog ukapljivanja fosilnih goriva, kao i kada se prirodni ciklus ugljika poremeti tijekom uništavanja tropskih šuma. Kao rezultat toga, došlo je do poremećaja u ravnoteži zračenja planeta. Dovode do razvoja efekta staklenika i globalnih klimatskih promjena.
