Что называется радиационным балансом земной поверхности

Радиационный баланс земной поверхности

Радиационным балансом земной поверхности называют разницу между приходом радиации на земную поверхность (в виде поглощенной радиации) и ее расходом в результате теплового излучения (эффективное излучение). Таким образом, радиационный баланс имеет следующий вид:

Распределение радиационного баланса по земному шару достаточно равномерно. Годовые значения радиационного баланса положительны повсюду, кроме Антарктиды и Гренландии. Положительные годовые значения радиационного баланса означают, что избыток поглощенной радиации уравновешивается нерадиационной передачей тепла от земной поверхности к атмосфере. Это означает, что для земной поверхности радиационного равновесия нет (приход радиации больше, чем ее отдача), но существует тепловое равновесие, обеспечивающее стабильность тепловых характеристик атмосферы.

В декабре радиационный баланс отрицателен на значительной части Северного полушария севернее 40-параллели. В Арктике он достигает значений 2*10 2 МДж/м 2 и ниже. К югу от 40-й параллели он возрастает до Южного тропика (4*10 2 – 6*10 2 МДж/м 2 ), а затем понижается к Южному полюсу, составляя на побережье Антарктиды 2*10 2 МДж/м 2

Температура воздуха, причины ее изменения.

Для перехода от шкалы Фаренгейта к шкале Цельсия и обратно используются формулы

t 0 F = 9/5 t 0 C +32 (39)

Для перехода от температуры по Цельсию к абсолютной температуре служит формула:

T = t 0 С + 273,15 (40)

Температура воздуха

Такая осредненная суточная амплитуда температуры зависит от следующих факторов:

Источник

Радиационный баланс земной поверхности

Разность между поглощенной радиацией (I_sр) и эффективным из­лучением(Е_е) называется радиационным балансом земной поверхности(В):

В ночные часы, когда солнечная радиация отсутствует (I_sр=0), отрицательный радиационный баланс равен ночному эффективному излучению (В= – Е_е). В утренние часы, когда высота солнца достигает 10 – 15°, радиационный баланс становится положительным. Днем радиационный баланс растет с увеличением высоты солнца, и убывает с ее уменьшением, Например, средние полуденные значения радиационного баланса в Санкт-Петербурге летом при облачности менее 7 баллов – около 0,7 – 0,8 кал/см 2 мин.

Радиационное равновесие Земли. Выше показано, что длинноволновое излучение земной поверхности в большей части поглощается в атмосфере и лишь в интервале длин волн 8,5 – 11 мкпроходит сквозь атмосферу в мировое пространство.

Вслед за С.П. Хромовым [83,84], примем приток солнечной радиации на границу атмосферы за 100 единиц. Тогда длинноволновое излучениеземной поверхности, уходящее в мировое пространство, составит всего около 10 единиц.

Кроме того, самаатмосфераизлучает в мировое пространство в длинноволновом спектреоколо 55 единиц, т.е. примерно в 5.5 раза больше, чем земная поверхность. Длинноволновое излучение земной поверхности и атмосферы, уходящее в космос, называется уходящей радиацией. Оно составляет около 10 + 55 = 65 единиц.

Выше, в разделе о планетарном альбедо Земли, показано, что суммарная (прямая и рассеянная) коротковолновая отраженная радиация от поверхности Земли,выходящая за пределы атмосферы, составляет около 35 единиц. Следовательно, в сумме длинноволновое и коротковолновое излучение составит 65+35 =100 единиц.

Таким образом, Земля вместе с атмосферой теряет столько же радиа­ции, сколько и получает,т.е.находится в состояниирадиационного равновесия,что отвечает всеобщему закону сохранения и превращения энергии.

Избыток поглощенной радиации над излучением (т.е. радиационный баланс) расходуется на прогрев атмосферного воздуха за счет молекулярной и турбулентной передачи тепла, а также на процесс испарении воды. С ним связаны и другие, менее существенные с энергетической точки зрения, процессы. Эти вопросы мы рассмотрим в дальнейшем.

Радиационный баланс земной поверхности за годположителен для всех мест Земли, кроме ледяных плато Гренландии и Антарктиды. Это значит, что годовой приток поглощенной радиации здесь больше, чем эффективное излучение за то же время.

Географическое распределение радиационного баланса. В районе 60-й параллели в обоих полушариях годовой радиационный баланс равен 20 – 30 ккал/см 2 (рис. 2.9).

В декабре радиационный баланс отрицателен в пределах значительной части северного полушария (к северу от нулевой изолинии, рис. 2.11). Нулевая изолиния проходит немного южнее 40° с.ш., и к северу от этой широты баланс становится отрицательным, достигая в Арктике – 4 ккал/см 2 и меньше. Южнее 40° с.ш. он возрастает до 10 – 14 ккал/см 2 на южном тропике, откуда убывает до 4 – 5 кал/см 2 в прибрежных районах Антарктиды.

Закономерности широтного изменения радиационного баланса оказывают решающее влияние на формирование климата Земли.

Рис.2.9. Радиационный баланс за год (в ккал/см 2 год) [84].

Рис. 2.10. Радиационный баланс земной поверхности в июне (в ккал/см 2 мес) [84].

Рис. 2.11. Радиационный баланс земной поверхности в декабре (в ккал/см 2 мес) [84].

Осредненные по широтным кругам характеристики радиационного баланса

Практическая работа № 2

Дата добавления: 2015-09-07 ; просмотров: 2911 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Лекция 17 Радиационный баланс земной поверхности

ЛЕКЦИЯ 17 РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

1 Система «Солнце–Земля»

2 Солнечная радиация

1 Система «Солнце–Земля»

Солнечная система – это система небесных тел, которые двигаются в области гравитационного влияния Солнца. В нее входят Солнце, 8 планет (ранее считавшаяся девятой планета Плутон недавно лишена такого статуса) с 53 спутниками, более 100000 малых планет (астероидов), сотен миллиардов комет и мелких метеоритных тел.

Солнце – это желтая звезда средней величины, возраст которой примерно 5 млрд. лет. Представляет собой раскаленный газовый шар, диаметр которого в 109 раз, а масса в 323000 раз больше Земли. Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149,6 млн. км (астрономическая единица). Температура в недрах Солнца составляет 20 млн. градусов Цельсия, а на поверхности – около 6000º С.

В межпланетное пространство Солнце постоянно излучает энергию общей мощностью 3,83 • 1020 МВт, одна двухмиллиардная доля которой приходит на Землю, однако и ее хватает для развития жизни.

Наиболее динамичны внешние слои Солнца (атмосфера), которые делятся на фотосферу, хромосферу и корону.

Фотосфера – нижняя область солнечной атмосферы, толщиной до 300 км; из нее выходит все видимое излучение. Над фотосферой находится хромосфера – которая видна при полных затмениях Солнца как розовое кольцо толщиной 7000–8000 км. В ней наблюдаются светлые образования – флокулы и тёмные – волокна, которые выступают за диск Солнца и называются протуберанцами. Солнечная корона – внешняя и наиболее разреженная часть атмосферы Солнца, распростирается на расстояние более 10 солнечных радиусов. Из нее идут поток частиц, которые образуют солнечный ветер. Переходный слой между хромосферой и короной является источником значительной части ультрафиолетового солнечного излучения.

Активность Солнца оценивают числами Вольфа (по количеству пятен), хотя этот показатель не в полной мере отражает процессы, происходящие на Солнца в период повышенной активности. Считается несомненным существование 11-летнего цикла солнечной активности, более спорно существование 2 2-летнего цикла и мало обоснованно существование 80-90-летнего цикла.

Земля двигается около Солнца по эллипсоидной орбите, поэтому расстояние до Солнца меняется от 152 млн. км (афелий – 5 июля) до 147 млн. км (перигелий – 3 января). Полный оборот вокруг Солнца земля делает за 365 суток 6 часов 9 минут и 9,6 секунды. Это звездный (сидерический) год.

Земная ось вращения не направлена перпендикулярно к плоскости земной орбиты (эклиптики), а наклонена под углом 66º33´. Благодаря этому наклону солнечный свет на протяжении года неравномерно прогревает земную поверхность, что приводит к смене сезонов. Так 21 марта и 23 сентября солнечные лучи в полдень падают вертикально на экватор, равномерно освещают северное и южное полушарие, и в связи с суточным вращением Земли во всех широтах день равен ночи. Это дни весеннего и осеннего равноденствия.

22 июня солнечные лучи в полдень вертикально падают на параллель 23º27´ с. ш. Это северный тропик. В это же время над поверхностью Земли на север от параллели 66º33´ с. ш. Солнце совсем не заходит за горизонт и там господствует полярный день. Эта параллель называется северным полярным кругом, а сам день 22 июня – днем летнего солнцестояния. Этот период соответствует лету в северном полушарии. Поверхность Земли на юг от 66º33´ ю. ш. совсем не освещается Солнцем и там господствует полярная ночь. А сама параллель – южный полярный круг. В южном полушарии – зима.

22 декабря солнечные лучи вертикально падают в полдень на параллель 23º27´ ю. ш. – южный тропик, а сам день – день зимнего солнцестояния. В этот день на север от северного полярного круга наблюдается полярная ночь, а к югу от южного полярного круга – полярный день. Кроме этого в этот период в северном полушарии – зима, а в южном – лето.

В каждом полушарии выделяют 13 поясов освещенности.

2 Солнечная радиация

2.1 Понятие о солнечной радиации

Излучения Солнца, земной атмосферы и самой Земли подчиняются общим законам излучения. Так, согласно закону Стефана-Больцмана излучательная способность абсолютно черного тела Е пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры Т:

,

где δ – постоянная Стефана-Больцмана (5,67*10-11 кВт/м*К4)

Произведение длины волны λm, которой соответствует максимальная энергия излучения тела, на его абсолютную температуру Т есть величина постоянная (закон Вина):

λm • Т = 2898 мкм • °К

Из закона Вина следует, что при изменении температуры тела в ту или другую сторону соответственно происходит смещение максимума энергии спектра в сторону более длинных или коротких волн.

Под солнечной радиацией понимают спектр электромагнитных волн, излучаемых Солнцем. Спектр солнечной радиации близок к спектру излучения абсолютно черного тела с температурой около 6000°К. Этот спектр за пределами земной атмосферы делят на 3 качественно различные части: ультрафиолетовую (длина волн от 0,01 до 0,39 мкм), видимую (от 0,40 до 0,76 мкм) и инфракрасную (от 0,76 до 4,0 мкм). За ультрафиолетовой частью спектра находится рентгеновское излучение, а за инфракрасной – радиоизлучение Солнца. Максимум энергии излучения приходится на волну длиной 0,475 мкм (зелено-голубые лучи).

Излучение с длинами волн от 0,1 до 4,0 мкм – коротковолновое (99% энергии), а волны от 4 до 100 мкм – длинноволновое.

Интенсивность солнечной радиации на перпендикулярную к лучам поверхность при отсутствии атмосферы и при среднем расстоянии от Земли до Солнца называется солнечной постоянной (1,37 кВт/м2).

Из поступающей на верхнюю границу атмосферы солнечной радиации 43% отражается в мировое пространство, остальные 57% поглощаются Землей, в том числе 14% поглощается атмосферой и 43% доходит до Земли в виде прямой и рассеянной радиации.

Прямая солнечная радиация – это коротковолновая радиация Солнца, которая поступает от солнечного диска и околосолнечной зоны радиусом 5°.

Интенсивность прямой радиации на горизонтальную поверхность определяется по формуле:

где S – интенсивность прямой солнечной радиации на перпендикулярную к лучам поверхность, кВт/м2; hθ – высота Солнца

Рассеянная солнечная радиация – это коротковолновая радиация Солнца, которая поступает на горизонтальную поверхность от небосвода, за исключением диска Солнца и околосолнечной зоны радиусом 5°. Она обуславливает солнечный свет в пасмурный день.

Общий приход на горизонтальную поверхность прямой и рассеянной радиации называется суммарной радиацией Q:

где S’ – интенсивность прямой радиации на горизонтальную поверхность, кВт/м2; D – интенсивность рассеянной радиации на горизонтальную поверхность, кВт/м2

Соотношение между прямой и рассеянной радиацией в составе суммарной радиации зависит от высоты Солнца, прозрачности атмосферы, т. е. от содержания в ней рассеивающих газов, аэрозоля, наличия облаков.

При ясном небе перед восходом Солнца суммарная радиация полностью состоит из рассеянной, а при низком Солнце после восхода – преимущественно из рассеянной радиации. При высоком положении Солнца при ясном небе преобладает прямая радиация. С увеличением облачности доля прямой радиации уменьшается.

Светлые и тонкие облака (перистые, высококучевые и кучевые), особенно освещенные Солнцем сбоку, могут увеличивать рассеянную радиацию в 8-10 раз по сравнению с безоблачным небом. Сильно увеличивает рассеянную радиацию снежный покров, так как отраженная от его поверхности радиация вторично рассеивается в атмосфере.

Плотная сплошная облачность прямую радиацию не пропускает. С увеличением высоты над уровнем моря при ясном небе увеличивается прямая радиация, а рассеянная – уменьшается за счет большей прозрачности воздуха и уменьшения толщины вышележащего слоя атмосферы.

2.2 Радиационный баланс подстилающей поверхности

Часть прямой и рассеянной солнечной радиации, поступающей к земной поверхности, ею отражается. Отражательная способность подстилающей поверхности зависит от ее физических свойств, цвета, состояния и характеризуется величиной альбедо.

Альбедо – это отношение отраженной (коротковолновой) радиации Rk к суммарной Q, поступающей на подстилающую поверхность:

Альбедо выражается в долях единицы или в процентах. Альбедо для свежевыпавшего снега – 80-95%, для темных почв – 5-10%.

Земная поверхность, поглощая суммарную солнечную радиацию (коротковолновую), в то же время сама излучает длинноволновую радиацию. Часть этой энергии уходит в мировое пространство и в значительной части поглощается атмосферой. В этом поглощении большое участие принимают водяной пар, озон, углекислый газ, пыль. Вследствие поглощения излучения Земли атмосфера нагревается и, в свою очередь, излучает длинноволновую радиацию. Часть этой радиации направлена в сторону земной поверхности.

Таким образом, в атмосфере создаются два потока длинноволновой радиации: один из них состоит из излучения подстилающей поверхности Е3 и направлен вверх, а другой представляет радиацию атмосферы Еа и направлен вниз. Разность Ез – Еа называют эффективным излучением подстилающей поверхности Еэф.

Радиационный баланс подстилающей поверхности представляет собой разность между приходом и расходом лучистой энергии (равен количеству энергии, поглощенной подстилающей поверхностью).

Уравнение радиационного баланса подстилающей поверхности имеет вид:

Величина Ra очень мала, поэтому в практических расчетах её не учитывают.

Разность между суммарной поступающей радиацией и отраженной представляет собой поглощенную подстилающей поверхностью коротковолновую радиацию – коротковолновой радиационный баланс:

Эффективное излучение является длинноволновым радиационным балансом, отсюда полный радиационный баланс может быть представлен в виде разности коротковолнового и длинноволнового балансов:

Источник

радиационный баланс

Полезное

Смотреть что такое «радиационный баланс» в других словарях:

радиационный баланс — баланс излучения Разность между нисходящим и восходящим потоками излучения. [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы баланс излучения EN radiation balance … Справочник технического переводчика

радиационный баланс — spinduliuotės balansas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. radiation balance vok. Strahlungsbilanz, f rus. баланс излучения, m; радиационный баланс, m pranc. bilan de la radiation, m; bilan du rayonnement, m … Fizikos terminų žodynas

Радиационный баланс — атмосферы и подстилающей поверхности, сумма прихода и расхода лучистой энергии, поглощаемой и излучаемой атмосферой и подстилающей поверхностью (См. Подстилающая поверхность). Для атмосферы Р. б. состоит из приходной части поглощённой… … Большая советская энциклопедия

радиационный баланс — радиационный баланс, разность между потоками радиации, поступающими на земную поверхность, и уходящими от неё. Уравнение Р. б. имеет вид:B = S + D + Ea R E,где S — прямая радиация солнца, D — рассеянная радиация, Ea —… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь

РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ — разность между суммарной солнечной радиацией, поглощенной земной поверхностью, и эффективным излучением Земли. Р.б. важнейший компонент теплового баланса земной поверхности. Экологический словарь, 2001 Радиационный баланс земной поверхности… … Экологический словарь

радиационный баланс атмосферы — Разница между потоками радиации, поглощаемыми и излучаемыми атмосферой. → Рис. 267, с. 584 … Словарь по географии

радиационный баланс земной поверхности — Разница между приходящей и уходящей солнечной радиацией у поверхности Земли … Словарь по географии

радиационный баланс атмосферы — atmosferos spinduliuotės balansas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Žemės paviršiaus ir atmosferos sugertos ir išspinduliuotos Saulės spinduliuotės skirtumas. Reiškiamas kalorijomis 1 cm² arba J/m² per laiko vienetą (sekundę,… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС поверхности океана — разность между поглощенной солнечной радиацией и эффективным излучением. Изменяется в зависимости от широты места, времени года, суток и погодных условий. В светлое время года и суток Р. б. положителен, в темное отрицателен. В ср. за год Р. б. в… … Морской энциклопедический справочник

Источник

Радиационный баланс

Смотреть что такое «Радиационный баланс» в других словарях:

радиационный баланс — баланс излучения Разность между нисходящим и восходящим потоками излучения. [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы баланс излучения EN radiation balance … Справочник технического переводчика

радиационный баланс — алгебраическая сумма потоков радиации в определённом объёме или на определённой поверхности. Напр., когда говорят о радиационном балансе атмосферы или системы «Земля – атмосфера», чаще всего подразумевают радиационный баланс земной поверхности,… … Географическая энциклопедия

радиационный баланс — spinduliuotės balansas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. radiation balance vok. Strahlungsbilanz, f rus. баланс излучения, m; радиационный баланс, m pranc. bilan de la radiation, m; bilan du rayonnement, m … Fizikos terminų žodynas

радиационный баланс — радиационный баланс, разность между потоками радиации, поступающими на земную поверхность, и уходящими от неё. Уравнение Р. б. имеет вид:B = S + D + Ea R E,где S — прямая радиация солнца, D — рассеянная радиация, Ea —… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь

РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ — разность между суммарной солнечной радиацией, поглощенной земной поверхностью, и эффективным излучением Земли. Р.б. важнейший компонент теплового баланса земной поверхности. Экологический словарь, 2001 Радиационный баланс земной поверхности… … Экологический словарь

радиационный баланс атмосферы — Разница между потоками радиации, поглощаемыми и излучаемыми атмосферой. → Рис. 267, с. 584 … Словарь по географии

радиационный баланс земной поверхности — Разница между приходящей и уходящей солнечной радиацией у поверхности Земли … Словарь по географии

радиационный баланс атмосферы — atmosferos spinduliuotės balansas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Žemės paviršiaus ir atmosferos sugertos ir išspinduliuotos Saulės spinduliuotės skirtumas. Reiškiamas kalorijomis 1 cm² arba J/m² per laiko vienetą (sekundę,… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС поверхности океана — разность между поглощенной солнечной радиацией и эффективным излучением. Изменяется в зависимости от широты места, времени года, суток и погодных условий. В светлое время года и суток Р. б. положителен, в темное отрицателен. В ср. за год Р. б. в… … Морской энциклопедический справочник

Источник