Солнечная радиация. Уравнение радиационного баланса.

Солнечная Радиация — электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца.

Электромагнитная радиация распространяется в виде электромагнитных волн со скоростью света и проникает в земную атмосферу.

До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации.

Солнечная радиация - главный источник энергии для всех физико-географических процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере (см. Инсоляция).

Солнечная радиация обычно измеряется по ее тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени.

Всего Земля получает от Солнца менее одной двухмиллиардной его излучения.

Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк — от радиоволн до рентгеновских лучей — однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра.

Существует также корпускулярная часть солнечной радиации, состоящая преимущественно из протонов, движущихся от Солнца со скоростями 300-1500 км/с (солнечный ветер).

Во время солнечных вспышек образуются также частицы больших энергий (в основном протоны и электроны), образующие солнечную компоненту космических лучей.

Энергетический вклад корпускулярной составляющей солнечной радиации в её общую интенсивность невелик по сравнению с электромагнитной.

Поэтому в ряде приложений термин «солнечная радиация» используют в узком смысле, имея в виду только её электромагнитную часть.

Количество солнечной радиации зависит от высоты солнца, времени года, прозрачности атмосферы.

Для измерения солнечной радиации служат актинометры и пиргелиометры.

Интенсивность солнечной радиации обычно измеряется по её тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени.

Солнечная радиация сильно влияет на Землю только в дневное время, безусловно — когда Солнце находится над горизонтом.

Также солнечная радиация очень сильна вблизи полюсов, в период полярных дней, когда Солнце даже в полночь находится над горизонтом.

Однако зимой в тех же местах Солнце вообще не поднимается над горизонтом, и поэтому не влияет на регион.

Солнечная радиация не блокируется облаками, и поэтому все равно поступает на Землю (при непосредственном нахождении Солнца над горизонтом).

Солнечная радиация — это сочетание ярко-жёлтого цвета Солнца и тепла, тепло проходит и сквозь облака.

Солнечная радиация передаётся на Землю посредством излучения, а не методом теплопроводности.

Сумма радиации, полученной небесным телом, зависит от расстояния между планетой и звездой — при увеличении расстояния вдвое количество радиации, поступающее от звезды на планету уменьшается вчетверо (пропорционально квадрату расстоянию между планетой и звездой).

Таким образом, даже небольшие изменения расстояния между планетой и звездой (зависит от эксцентристета орбиты) приводят к значительному изменению количества поступающей на планету радиации.

Эксцентристет земной орбиты тоже не является постоянным — в с течением тысячелетий он меняется, периодически образуя то практически идеальный круг, иногда же эксцентристет достигает 5% (в настоящее время он равен 1,67%), то есть в перигелии Земля получает в настоящее время в 1,033 больше солнечной радиации, чем в афелии, а при наибольшем эксцентристите - более чем в 1,1 раза.

Однако гораздо более сильно количество поступающей солнечной радиации зависет от смен времён года - в настоящее время общее количество солнечной радиации, поступающее на Землю, остаётся практически неизменным, но на широтах 65 С.Ш (широта северных городов России, Канады) летом количество поступающей солнечной радиации более чем на 25% больше, чем зимой.

Это происходит из-за того, что Земля по отношению к Солнцу наклонена под углом 23,3 градуса.

Зимние и летние изменения взаимно компенсируются, но тем не менее по росту широты места наблюдения всё больше становится разрыв между зимой и летом, так, на экваторе разницы между зимой и летом нет.

За Полярным кругом же летом поступление солнечной радиации очень высоко, а зимой очень мало.

Это формирует климат на Земле.

Кроме того, периодические изменения эксцентристета орбиты Земли могут приводить к возникновению различных геологических эпох: к примеру, ледникового периода.

 

Радиационный баланс атмосферы и подстилающей поверхности, сумма прихода и расхода лучистой энергии, поглощаемой и излучаемой атмосферой и подстилающей поверхностью.

Для атмосферы Радиационный баланс состоит из приходной части — поглощённой прямой и рассеянной солнечной радиации, а также поглощённого длинноволнового (инфракрасного) излучения земной поверхности, и расходной части — потери тепла за счёт длинноволнового излучения атмосферы в направлении к земной поверхности (т. н. противоизлучение атмосферы) и в мировое пространство.

 

Приходную часть Радиационный баланс подстилающей поверхности составляют: поглощённая подстилающей поверхностью прямая и рассеянная солнечная радиация, а также поглощённое противоизлучение атмосферы; расходная часть состоит из потери тепла подстилающей поверхностью за счёт собственного теплового излучения.

Радиационный баланс является составной частью теплового баланса атмосферы и подстилающей поверхности.

Билет №7

Физические характеристики воздуха: давление, температура, влажность
Атмосферное давление — давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы и Земную поверхность.

Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. На земной поверхности атмосферное давление изменяется от места к месту и во времени.

Особенно важны определяющие погоду непериодические изменения атмосферного давления, связанные с возникновением, развитием и разрушением медленно движущихся областей высокого давления (антициклонов) и относительно быстро перемещающихся огромных вихрей (циклонов), в которых господствует пониженное давление.

Отмечены колебания атмосферного давления на уровне моря в пределах 641 — 816 мм рт. ст.

Нормальным атмосферным давлением называют давление в 760 мм рт.ст. на уровне моря при температуре 15 °C.

Атмосферное давление уменьшается по мере увеличения высоты, поскольку оно создаётся лишь вышележащим слоем атмосферы.

Зависимость давления от высоты описывается т. н. барометрической формулой.

Высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 гПа (гектопаскаль), называется барической (барометрической) ступенью. У земной поверхности при давлении 1000 гПа и температуре 0 °С она равна 8 м/гПа. С ростом температуры и увеличением высоты над уровнем моря она возрастает, то есть она прямо пропорциональна температуре и обратно пропорциональна давлению. Величина, обратная барической ступени, — вертикальный барический градиент, то есть изменение давления при поднятии или опускании на 100 метров. При температуре 0 °C и давлении 1000 гПа он равен 12,5 гПа.

На картах давление показывается с помощью изобар — линий, соединяющих точки с одинаковым приземным атмосферным давлением, обязательно приведенным к уровню моря.

Атмосферное давление измеряется барометром.

Температура воздуха — одно из свойств воздуха в природе, выражающегося количественно.

Температура воздуха в каждой точке атмосферы непрерывно меняется; в разных местах Земли в одно и то же время она также различна.

У земной поверхности температура воздуха варьируется в довольно широких пределах: крайние её значения, наблюдавшиеся до сих пор, +57.8? (в Ливии) и около?89.2? (на материке Антарктида). С высотой температура воздуха меняется в разных слоях и случаях по-разному. В среднем она сначала понижается до высоты 10-15 км, затем растёт до 50-60 км, потом снова падает и т. д.

Температура воздуха, а также почвы и воды в большинстве стран выражается в градусах международной температурной шкалы, или шкалы Цельсия (?С), общепринятой в физических измерениях.

Нуль этой шкалы приходится на температуру, при которой тает лёд, а +100? — на температуру кипения воды.

Однако в США и ряде других стран до сих пор не только в быту, но и в метеорологии используется шкала Фаренгейта (F)

Кроме того, в теоретической метеорологии применяется абсолютная шкала температур (шкала Кельвина, К).

Нуль этой шкалы отвечает полному прекращению теплового движения молекул, то есть самой низкой возможной температуре. По шкале Цельсия это будет?273,18?0.03?С. Но на практике за абсолютный нуль принимается в точности?273?С. Величина единицы абсолютной шкалы равна величине градуса шкалы Цельсия. Поэтому нуль шкалы Цельсия соответствует 273 абсолютной шкалы (273К). По абсолютной шкале все температуры положительные, то есть выше абсолютного нуля.

Виды:

Активная температура — температура воздуха, больше чем биологический минимум на протяжении всего периода вегетации.

Максимальная температура — самая высокая температура воздуха, почвы или воды на протяжении определённого промежутка времени.

Минимальная температура — самая низкая температура воздуха, почвы или воды на протяжении определённого промежутка времени.

 

Влажность — показатель содержания воды в физических телах или средах.

Для измерения влажности используются различные единицы, часто внесистемные.

В окружающем нас воздухе практически всегда находится некоторое количество водяных паров. Влажность воздуха зависит от количества водяного пара, содержащегося в нем.

Сырой воздух содержит больший процент молекул воды, чем сухой.

Большое значение имеет относительная влажность воздуха, сообщения о которой каждый день звучат в сводках метеопрогноза.

Относительная влажность — это отношение плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, к плотности насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах.

Сухость или влажность воздуха зависит от того, насколько близок его водяной пар к насыщению.

Если влажный воздух охлаждать, то находящийся в нем пар можно довести до насыщения, и далее он будет конденсироваться.

Признаком того, что пар насытился является появление первых капель сконденсировавшейся жидкости - росы.

Температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.

Точка росы также характеризует влажность воздуха.

Примеры: выпадение росы под утро, запотевание холодного стекла, если на него подышать, образование капли воды на холодной водопроводной трубе, сырость в подвалах домов.

Билет №8
Конденсация водяного пара. Облака и осадки.

Водяной пар — газообразное состояние воды. Не имеет цвета, вкуса и запаха. Содержится в тропосфере

Образуется молекулами воды при ее испарении. При поступлении водяного пара в воздух он, как и все другие газы, создаёт определённое давление, называемоепарциальным. Оно выражается в единицах давления — паскалях. Водяной пар может переходить непосредственно в твёрдую фазу — в кристаллы льда. Количество водяного пара в граммах, содержащегося в 1 кубическом метре, называют абсолютной влажностью воздуха.

 

Конденсация водяного пара - превращение водяного пара, содержащегося в

атмосфере, в воду. Конденсация начинается тогда, когда воздух достиг состояния

насыщения (относительная влажность 100%) и не может вместить больше влаги в

газообразном состоянии. Основная причина конденсации - охлаждение воздуха.

Водяной пар конденсируется в виде росы, тумана, облаков. Водяной пар может

переходить непосредственно в твердую фазу - в кристаллы льда.

 

Облака — взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара, видимые на небе с поверхности земли.

Облака состоят из мельчайших капель воды и/или кристаллов льда (называемых облачными элементами). Капельные облачные элементы наблюдаются при температуре воздуха в облаке выше −10 °C; от −10 до −15 °C облака имеют смешанный состав (капли и кристаллы), а при температуре в облаке ниже −15 °C — кристаллические.

При укрупнении облачных элементов и возрастании их скорости падения, они выпадают из облаков в виде осадков. Как правило, осадки выпадают из облаков, которые хотя бы в некотором слое имеют смешанный состав (кучево-дождевые, слоисто-дождевые, высоко-слоистые). Слабые моросящие осадки (в виде мороси, снежных зёрен или слабого мелкого снега) могут выпадать из однородных по составу облаков (капельных или кристаллических) — слоистых, слоисто-кучевых.