2014-01-31
780
Равновесная температура Земли может быть рассчитана на основании величины солнечной постоянной, отражательной способности (альбедо) и закона Стефана-Больцмана. Поглощенная земной поверхностью энергия равна
Епогл= I (1 – A) πR2, где
I – интенсивность приходящего Солнечного излучения;
А – доля отраженного излучения (альбедо);
R – радиус Земли.
Излучаемая энергия равна
Еизлуч= σ Т4·4 πR2.
Т.к. имеет место термическое равновесие (Епогл= Еизлуч), то
.
Равновесная температура нашей планеты, вычисленная по этому уравнению составит 254К, что на 34К ниже реального значения. Расхождение объясняется тем, что выражение для Т не учитывает влияние атмосферы на тепловой баланс Земли. Между тем из рис.8 видно, что излучаемая Землей радиация, рассчитанная в приближении абсолютно черного тела, имеет намного меньшую интенсивность, чем приходящая от Солнца.
Рис. 8 – Приходящая солнечная радиация (1) и излучение абсолютно черного тела при 288 к (2)
Как же распределяется энергия, поступающая от Солнца? На рис.9 представлена обобщенная схема теплового баланса и показаны потоки радиации между атмосферой и подстилающей ее поверхностью. Из 1050 ккал энергии, поступающей ежегодно на 1 см2 верхней границы атмосферы, 275 ккал отражается облаками и 75 ккал подстилающей поверхностью (главным образом ледяными шапками континентов и плавающими льдами). В самой атмосфере молекулами различных газов и частицами аэрозолей поглощается энергия, эквивалентная 250 ккал.
|
|
|
Рис. 9 – Термический баланс атмосферы и земной поверхности. Потоки радиации приведены в ккал/(см2год). 1 ккал=4,186 кДж
Значительная часть коротковолновой радиации (450 ккал·см-2·год-1) достигает подстилающей поверхности и поглощается ею. Выделившаяся в результате этого энергия переизлучается в атмосферу в форме более длинноволновой ИК-радиации, а также расходуется на испарение воды и конвективное движение масс воздуха. На долю последних процессов в годовом исчислении приходится в сумме 300 ккал энергии. Вся она в конечном счете идет на разогрев атмосферы, поскольку затраченная на испарение воды теплота выделяется при конденсации. Таким образом, приходная часть теплового баланса атмосферы включает (в ккал·см-2·год-1):
| Приход | Расход |
| Коротковолновое излучение солнца – 250 Конденсация воды – 220 Конвекция – 80 ИК-излучение подстилающей Пв - 1075 | ИК-излучение атмосферы – 625 Переизлучение поглощенной энергии в ИК-диапазоне - 1000 |
| Итого: 1625 | Итого: 1625 |
Расходная часть баланса состоит из рассеиваемой в космос радиации самой атмосферы и переизлучаемой в направлении подстилающей поверхности энергии. Как видно из рис.9 более 2/3 (1000 ккал см-2) из 1450 ккал см-2, поглощаемых ежегодно подстилающей поверхностью поступает из атмосферы. Другими словами, главным источником теплоты для земной поверхности служит атмосфера.
|
|
|
