Sunčevo zračenje i bilans toplote. Toplotna ravnoteža zemljine površine i atmosfere Pojam termobaričnog polja Zemlje
Atmosfera, kao i površina Zemlje, prima skoro svu svoju toplotu od Sunca. Ostali izvori grijanja uključuju toplinu koja dolazi iz dubina Zemlje, ali ona čini samo dio procenta ukupne količine topline.
Iako sunčevo zračenje služi kao jedini izvor topline za Zemljinu površinu, toplinski režim geografskog omotača nije samo posljedica radijacijske ravnoteže. Sunčeva toplota se transformiše i redistribuira pod uticajem kopnenih faktora, a prvenstveno se transformiše vazdušnim i okeanskim strujama. Oni su, pak, uzrokovani neravnomjernom raspodjelom sunčevog zračenja po geografskim širinama. Ovo je jedan od najupečatljivijih primjera bliske globalne povezanosti i interakcije različitih komponenti u prirodi.
Za živu prirodu Zemlje važna je preraspodjela topline između različitih geografskih širina, kao i između okeana i kontinenata. Zahvaljujući ovom procesu, na površini Zemlje dolazi do vrlo složene prostorne preraspodjele topline u skladu sa superiornim pravcima kretanja vazdušnih i okeanskih struja. Međutim, ukupni prijenos topline usmjeren je, po pravilu, od niskih do visokih geografskih širina i od okeana do kontinenata.
Distribucija topline u atmosferi odvija se konvekcijom, vođenjem i zračenjem. Toplotna konvekcija se javlja svuda na planeti; vjetrovi, uzlazne i silazne struje zraka su sveprisutni. Konvekcija je posebno jaka u tropima.
Toplotna provodljivost, odnosno prenos toplote direktnim kontaktom atmosfere sa toplom ili hladnom površinom zemlje, relativno je malo važna, jer je vazduh loš provodnik toplote. Upravo je ovo svojstvo našlo široku primjenu u proizvodnji prozorskih okvira s dvostrukim staklom.
Unosi i utrošak topline u donjoj atmosferi na različitim geografskim širinama nisu isti. Sjeverno od 38°N. w. više toplote se emituje nego što se apsorbuje. Ovaj gubitak se kompenzuje toplim okeanskim i vazdušnim strujama usmerenim na umerene geografske širine.
Proces prijema i potrošnje sunčeve energije, grijanja i hlađenja cjelokupnog sistema Zemljine atmosfere karakterizira toplinski bilans. Ako uzmemo godišnju opskrbu sunčevom energijom gornje granice atmosfere kao 100%, onda će bilans solarne energije izgledati ovako: 42% se reflektira od Zemlje i vraća nazad u svemir (ova vrijednost karakteriše Zemljinu albedo), pri čemu se 38% odbija od atmosfere i 4% - od površine zemlje. Ostatak (58%) apsorbira: 14% atmosfera i 44% Zemljina površina. Zagrijana površina Zemlje vraća svu energiju koju je apsorbirala. Istovremeno, zračenje energije zemljinom površinom iznosi 20%, 24% se troši na zagrevanje vazduha i isparavanje vlage (5,6% na zagrevanje vazduha i 18,4% na isparavanje vlage).
Ovo su opšte karakteristike toplotnog bilansa zemaljske kugle u celini. Zapravo, za različite geografske zone za različite površine, bilans topline će biti daleko od istog. Dakle, toplotna ravnoteža bilo koje teritorije je poremećena pri izlasku i zalasku sunca, sa promenom godišnjih doba, zavisno od atmosferskih uslova (oblačnost, vlažnost vazduha i sadržaj prašine), prirode površine (voda ili zemljište, šuma ili luk, sneg). pokrivač ili golo tlo), nadmorska visina. Najviše toplote se emituje noću, zimi i kroz tanak, čist i suv vazduh na velikim nadmorskim visinama. Ali na kraju se gubici zbog zračenja nadoknađuju toplinom koja dolazi sa Sunca, a na Zemlji kao cjelini prevladava stanje dinamičke ravnoteže, inače bi se zagrijalo ili, obrnuto, ohladilo.
Temperatura vazduha
Atmosfera se zagrijava na prilično složen način. Kratke talasne dužine sunčeve svetlosti u rasponu od vidljive crvene do ultraljubičaste svetlosti se pretvaraju na površini Zemlje u duže toplotne talase, koji kasnije zagrevaju atmosferu kada se emituju sa površine Zemlje. Donji slojevi atmosfere zagrijavaju se brže od gornjih, što se objašnjava naznačenim toplinskim zračenjem sa zemljine površine i činjenicom da imaju veću gustoću i da su zasićeni vodenom parom.
Karakteristična karakteristika vertikalne distribucije temperature u troposferi je njeno smanjenje sa visinom. Prosječni vertikalni temperaturni gradijent, odnosno prosječno smanjenje izračunato na 100 m nadmorske visine, iznosi 0,6 °C. Hlađenje vlažnog zraka je praćeno kondenzacijom vlage. U tom slučaju se oslobađa određena količina topline koja je utrošena na stvaranje pare. Stoga, kada se vlažan zrak diže, njegovo hlađenje se događa gotovo dvostruko brže od suhog zraka. Geotermalni koeficijent suhog zraka u troposferi u prosjeku iznosi 1°C.
Vazduh koji se diže sa zagrijane površine zemlje i vodenih površina ulazi u zonu niskog pritiska. To mu omogućava da se širi, a s tim u vezi određena količina toplinske energije se pretvara u kinetičku energiju. Kao rezultat ovog procesa, zrak se hladi. Ako istovremeno ne prima toplinu nigdje i ne odaje je nigdje, tada se cijeli opisani proces naziva adijabatsko, odnosno dinamičko hlađenje. I obrnuto, vazduh se spušta i ulazi u zonu visokog pritiska, komprimuje ga vazduh koji ga okružuje, a mehanička energija se pretvara u toplotnu. Zbog toga zrak doživljava adijabatsko zagrijavanje, koje u prosjeku iznosi 1°C na svakih 100 m spuštanja.
Ponekad temperatura vazduha raste sa visinom. Ova pojava se naziva inverzija. Razlozi za ovu manifestaciju su različiti: zračenje sa Zemlje preko ledenih pokrivača, prolazak jakih struja toplog vazduha preko hladne površine.Inverzije su posebno tipične za planinske krajeve: teški hladni vazduh struji u planinske kotline i tamo stagnira, istiskujući lakši topli vazduh prema gore.
Dnevne i godišnje promjene temperature zraka odražavaju toplinsko stanje površine. U površinskom sloju zraka dnevni maksimum se uspostavlja na 14-15 sati, a minimum se opaža nakon izlaska sunca. Najveća dnevna amplituda javlja se u suptropskim geografskim širinama (30°C), a najmanja u polarnim širinama (5°C). Godišnja varijacija temperature zavisi od geografske širine, prirode donje površine, visine mesta iznad nivoa okeana, reljefa i udaljenosti od okeana.
Određeni geografski obrasci su identificirani u raspodjeli godišnjih temperatura na zemljinoj površini.
1. Na obje hemisfere prosječne temperature opadaju prema polovima. Međutim, termalni ekvator - topla paralela sa prosječnom godišnjom temperaturom od 27 °C - nalazi se na sjevernoj hemisferi na približno 15-20 ° geografske širine. Ovo se objašnjava činjenicom da kopno ovdje zauzima veću površinu nego na geografskom ekvatoru.
2. Od ekvatora prema sjeveru i jugu, temperature se mijenjaju neravnomjerno. Između ekvatora i 25. paralele temperatura opada vrlo sporo - manje od dva stepena na svakih deset stepeni geografske širine. Između 25° i 80° geografske širine na obje hemisfere, temperature se vrlo brzo smanjuju. Na nekim mjestima ovo smanjenje prelazi 10 °C. Dalje prema polovima, stopa pada temperature ponovo opada.
3. Prosječne godišnje temperature svih paralela na južnoj hemisferi su manje od temperature odgovarajućih paralela na sjevernoj hemisferi. Prosječna temperatura zraka pretežno „kopnene“ sjeverne hemisfere je +8,6 °C u januaru, +22,4 °C u julu; na južnoj "okeanskoj" hemisferi, prosječna temperatura u julu je +11,3 °C, u januaru - +17,5 °C. Dvostruko veća godišnja amplituda kolebanja temperature zraka na sjevernoj hemisferi objašnjava se posebnostima distribucije kopno i more na odgovarajućim geografskim širinama i efekat hlađenja grandiozne ledene kupole Antarktika na klimu južne hemisfere.
Važne karakteristike distribucije temperatura vazduha na Zemlji daju izotermne karte. Dakle, na osnovu analize raspodjele julskih izotermi na zemljinoj površini, mogu se formulirati sljedeći glavni zaključci.
1. U ekstratropskim područjima obje hemisfere, izoterme nad kontinentima savijaju se prema sjeveru u odnosu na njegov položaj na prozorima. Na sjevernoj hemisferi to je zbog činjenice da se kopno zagrijava više od mora, ali na južnoj hemisferi odnos je suprotan: u ovom trenutku kopno je hladnije od mora.
2. Iznad okeana julske izoterme odražavaju uticaj strujanja hladnog vazduha. To je posebno uočljivo uz one zapadne obale Sjeverne Amerike i Afrike, koje ispiru hladne kalifornijske i kanarske oceanske struje. Na južnoj hemisferi, izoterme su zakrivljene u suprotnom smjeru prema sjeveru - također pod utjecajem hladnih struja.
3. Najviše prosječne julske temperature uočene su u pustinjama koje se nalaze sjeverno od ekvatora. Posebno je vruće u ovo doba u Kaliforniji, Sahari, Arabiji, Iranu i unutrašnjosti Azije.
Raspodjela januarskih izotermi također ima svoje karakteristike.
1. Zavoji izoterme iznad okeana na sjeveru i preko kopna na jugu postaju još izraženiji i kontrastniji. To je najočitije na sjevernoj hemisferi. Snažni zavoji izoterme prema Sjevernom polu odražavaju povećanje toplinske uloge oceanskih struja Golfske struje u Atlantskom oceanu i Kuro-Sio u Pacifiku.
2. U ekstratropskim oblastima obe hemisfere, izoterme nad kontinentima su primetno zakrivljene prema jugu. To se objašnjava činjenicom da je na sjevernoj hemisferi kopno hladnije, a na južnoj je toplije od mora.
3. Najviše prosječne temperature u januaru javljaju se u pustinjama tropskog pojasa južne hemisfere.
4. Područja najvećeg zahlađenja na planeti u januaru, kao iu julu, su Antarktik i Grenland.
Uopšteno govoreći, može se reći da izoterme južne hemisfere tokom svih godišnjih doba imaju više linearnu (latitudinalnu) šemu. Odsustvo značajnih anomalija u toku izoterme ovdje se objašnjava značajnom prevlašću površine vode nad kopnom. Analiza toka izotermi ukazuje na blisku zavisnost temperatura ne samo od količine sunčevog zračenja, već i od preraspodjele topline oceanskim i vazdušnim strujama.
Ravnoteža zračenja predstavlja razliku između priliva i odliva energije zračenja koju apsorbuje i emituje Zemljina površina.
Bilans zračenja je algebarski zbir tokova zračenja u određenom volumenu ili na određenoj površini. Kada se govori o radijacijskoj ravnoteži atmosfere ili sistema Zemlja-atmosfera, najčešće se misli na radijacionu ravnotežu zemljine površine, koja određuje razmjenu topline na donjoj granici atmosfere. Predstavlja razliku između apsorbovanog ukupnog sunčevog zračenja i efektivnog zračenja zemljine površine.
Bilans zračenja je razlika između priliva i odliva energije zračenja koju apsorbuje i emituje Zemljina površina.
Radijacijska ravnoteža je najvažniji klimatski faktor, jer od njegove vrijednosti uvelike ovisi raspodjela temperature u tlu i susjednim slojevima zraka. Od toga zavise fizička svojstva vazdušnih masa koje se kreću po Zemlji, kao i intenzitet isparavanja i topljenja snijega.
Raspodjela godišnjih vrijednosti radijacijske ravnoteže na površini zemaljske kugle nije ista: u tropskim geografskim širinama ove vrijednosti dostižu 100...120 kcal/(cm2 godišnje), a maksimalne (do 140 kcal /(cm2 godina)) uočeni su kod sjeverozapadne obale Australije). U pustinjskim i sušnim područjima vrijednosti radijacijske ravnoteže su niže u odnosu na područja dovoljne i prekomjerne vlage na istim geografskim širinama. To je uzrokovano povećanjem albeda i povećanjem efektivnog zračenja zbog velike suhoće zraka i niske oblačnosti. Na umjerenim geografskim širinama, vrijednosti ravnoteže zračenja brzo se smanjuju kako se širina povećava zbog smanjenja ukupnog zračenja.
U prosjeku, godišnje, zbroji radijacijskog bilansa za cijelu površinu zemaljske kugle ispadaju pozitivni, izuzev područja sa trajnim ledenim pokrivačem (Antarktik, centralni Grenland, itd.).
Energija, mjerena bilansom zračenja, djelimično se troši na isparavanje, dijelom se prenosi u zrak i, konačno, određena količina energije odlazi u tlo i odlazi na njegovo zagrijavanje. Dakle, ukupni unos i izlaz toplote za Zemljinu površinu, nazvan toplotni bilans, može se predstaviti kao sljedeća jednačina:
Ovdje je B bilans zračenja, M je tok topline između Zemljine površine i atmosfere, V je potrošnja topline za isparavanje (ili oslobađanje topline tijekom kondenzacije), T je izmjena topline između površine tla i dubokih slojeva.
Slika 16 - Uticaj sunčevog zračenja na površinu Zemlje
U prosjeku, tijekom godine, tlo zraku praktički daje onoliko topline koliko i prima, pa je prema godišnjim zaključcima promet topline u tlu jednak nuli. Toplota izgubljena isparavanjem vrlo je neravnomjerno raspoređena po površini kugle. Na okeanima, oni zavise od količine sunčeve energije koja stiže na površinu okeana, kao i od prirode okeanskih struja. Tople struje povećavaju potrošnju toplote za isparavanje, dok je hladne struje smanjuju. Na kontinentima, potrošnja topline za isparavanje određena je ne samo količinom sunčevog zračenja, već i rezervama vlage sadržane u tlu. Kada postoji nedostatak vlage, što uzrokuje smanjenje isparavanja, smanjuje se potrošnja topline za isparavanje. Stoga se u pustinjama i polupustinjama značajno smanjuju.
Gotovo jedini izvor energije za sve fizičke procese koji se odvijaju u atmosferi je sunčevo zračenje. Glavna karakteristika radijacijskog režima atmosfere je tzv. efekat staklene bašte: atmosfera slabo apsorbuje kratkotalasno sunčevo zračenje (veći deo dopire do površine zemlje), ali zadržava dugotalasno (u potpunosti infracrveno) toplotno zračenje sa zemljine površine, što značajno smanjuje prenos toplote Zemlje u svemir i povećava njegovu temperaturu.
Sunčevo zračenje koje ulazi u atmosferu djelomično se apsorbira u atmosferi uglavnom vodenom parom, ugljičnim dioksidom, ozonom i aerosolima i raspršuje se na čestice aerosola i na fluktuacije gustine atmosfere. Zbog disperzije energije zračenja Sunca u atmosferi, ne opaža se samo direktno sunčevo zračenje, već i raspršeno zračenje koje zajedno čine ukupno zračenje. Dospijevajući na površinu zemlje, ukupna radijacija se djelimično odbija od nje. Količina reflektovanog zračenja određena je reflektivnošću donje površine, tzv. albedo. Zbog apsorbiranog zračenja, Zemljina površina se zagrijava i postaje izvor vlastitog dugovalnog zračenja usmjerenog prema atmosferi. Zauzvrat, atmosfera također emituje dugovalno zračenje usmjereno prema zemljinoj površini (tzv. kontra-zračenje atmosfere) iu svemir (tzv. izlazno zračenje). Racionalna razmjena topline između zemljine površine i atmosfere određena je efektivnim zračenjem - razlikom između vlastitog zračenja zemljine površine i protuzračenja atmosfere koje apsorbira. Razlika između kratkotalasnog zračenja koje apsorbuje zemljina površina i efektivnog zračenja naziva se radijacioni balans.
Transformacija energije sunčevog zračenja nakon njene apsorpcije na zemljinoj površini iu atmosferi čini toplotnu ravnotežu Zemlje. Glavni izvor toplote za atmosferu je Zemljina površina, koja apsorbuje većinu sunčevog zračenja. Budući da je apsorpcija sunčevog zračenja u atmosferi manja od gubitka topline iz atmosfere u svemir dugovalnim zračenjem, radijativna potrošnja topline se nadoknađuje prilivom topline u atmosferu sa zemljine površine u obliku turbulentnog izmjena topline i dolazak topline kao rezultat kondenzacije vodene pare u atmosferi. Budući da je ukupna količina kondenzacije u cijeloj atmosferi jednaka količini padavina, kao i količini isparavanja sa zemljine površine, dolazak kondenzacijske topline u atmosferu numerički je jednak toplini izgubljenoj za isparavanje na zemljinoj površini. površine.
TOPLOTNA RAVNOTEŽA ZEMLJINE POVRŠINE
TOPLOTNI BILANS POVRŠINE ZEMLJE je algebarski zbir toplotnih tokova koji dolaze do i napuštaju Zemljinu površinu. Izraženo jednačinom:
Gdje R- radijacioni bilans zemljine površine; P- turbulentni tok toplote između zemljine površine i atmosfere; L.E.- potrošnja toplote za isparavanje; IN- protok toplote sa zemljine površine u dubinu tla ili vode ili obrnuto. Omjer komponenata ravnoteže se mijenja tokom vremena u zavisnosti od svojstava donje površine i geografske širine mjesta. Priroda toplotnog bilansa zemljine površine i njen energetski nivo određuju karakteristike i intenzitet većine egzogenih procesa. Podaci o toplotnom bilansu zemljine površine igraju važnu ulogu u proučavanju klimatskih promjena, geografske zonalnosti i termičkog režima organizama.
Ekološki enciklopedijski rječnik. - Kišinjev: Glavna redakcija Moldavske sovjetske enciklopedije. I.I. Dedu. 1989.
- TERMALNO ZRAČENJE
- TOPLOTNI BILANS SISTEMA ZEMLJA-ATMOSFERA
Pogledajte šta je "TOPLOTNI BILANS ZEMLJENE POVRŠINE" u drugim rječnicima:
toplotni bilans zemljine površine- Algebarski zbir toplotnih tokova koji dolaze na površinu zemlje i emituju ih... Geografski rječnik
Toplotna ravnoteža Zemlje, odnos ulazne i izlazne energije (radijantne i termalne) na površini zemlje, u atmosferi i u sistemu Zemljine atmosfere. Glavni izvor energije za ogromnu većinu fizičkih, hemijskih i bioloških ... ...
HEAT BALANCE- Zemljina površina je algebarski zbir toplotnih tokova koji dolaze do i napuštaju zemljinu površinu. Izraženo jednačinom: R + P + LE + B=0, gdje je R radijacijski bilans zemljine površine; P turbulentni tok toplote između zemljinih ... ... Ekološki rječnik
I Toplotni bilans je poređenje prihoda i potrošnje (korisno iskorištene i izgubljene) topline u različitim termičkim procesima (vidi Toplotni proces). U tehnologiji T. b. koristi se za analizu termičkih procesa koji se dešavaju u pari... Velika sovjetska enciklopedija
Veliki enciklopedijski rječnik
Poređenje prihoda i potrošnje toplotne energije u analizi toplotnih procesa. Sastavlja se kako u proučavanju prirodnih procesa (toplotni bilans atmosfere, okeana, zemljine površine i Zemlje u cjelini, itd.), tako i u tehnologiji u raznim termičkim ... enciklopedijski rječnik
Poređenje prihoda i potrošnje toplotne energije u analizi toplotnih procesa. Sastavlja se kako u proučavanju prirodnih procesa (T. B. atmosfere, okeana, Zemljine površine i Zemlje u cjelini, itd.), tako i u tehnologiji na različite načine. termalni uređaji..... Prirodna nauka. enciklopedijski rječnik
- (francuski bilans, od balansera do preuzimanja). 1) ravnoteža. 2) u računovodstvu, bilansiranje računa za ulazne i odlazne iznose radi razjašnjenja stanja. 3) rezultat poređenja uvozne i izvozne trgovine jedne zemlje. Uključen rečnik stranih reči... Rečnik stranih reči ruskog jezika
Atmosfera i donja površina, zbir dotoka i odliva energije zračenja koju apsorbuje i emituje atmosfera i donja površina (vidi Podloga). Za atmosferu R. b. sastoji se od apsorbiranog ulaznog dijela ... ... Velika sovjetska enciklopedija
Zemlja (od zajedničkog slovenskog zemljanog poda, dno), treća planeta po redu od Sunca u Sunčevom sistemu, astronomski znak Å ili, ♀. I. Uvod Zemlja se nalazi na petom mjestu po veličini i masi među velikim planetama, ali među takozvanim planetama. zemaljska grupa, u ... ... Velika sovjetska enciklopedija
Hajde da se prvo zadržimo na termičkim uslovima zemljine površine i najviših slojeva tla i rezervoara. To je neophodno jer se donji slojevi atmosfere najviše zagrijavaju i hlade radijacijskom i neradijativnom razmjenom topline sa gornjim slojevima tla i vode. Stoga su promjene temperature u nižim slojevima atmosfere prvenstveno određene promjenama temperature zemljine površine i prate te promjene.
Zemljina površina, odnosno površina tla ili vode (kao i biljke, snijeg i ledeni pokrivač), kontinuirano prima i gubi toplinu na različite načine. Kroz zemljinu površinu, toplota se prenosi naviše u atmosferu i naniže u tlo ili vodu.
Prvo, ukupno zračenje i protuzračenje iz atmosfere stižu na površinu zemlje. Manje ili više ih apsorbira površina, odnosno idu na zagrijavanje gornjih slojeva tla i vode. U isto vrijeme, Zemljina površina sama zrači i istovremeno gubi toplinu.
Drugo, toplota dolazi na površinu zemlje odozgo, iz atmosfere, toplotnom provodljivošću. Na isti način, toplota izlazi sa površine zemlje u atmosferu. Toplotnom provodljivošću, toplina se također kreće sa površine zemlje prema dolje u tlo i vodu, ili dolazi na površinu zemlje iz dubine tla i vode.
Treće, Zemljina površina prima toplinu kada se vodena para iz zraka kondenzira na njoj ili, naprotiv, gubi toplinu kada voda isparava iz nje. U prvom slučaju se oslobađa latentna toplina, u drugom toplina prelazi u latentno stanje.
U bilo kom vremenskom periodu, ista količina toplote napušta površinu zemlje gore-dole kao što prima odozgo i odozdo tokom ovog vremena. Da je drugačije, zakon održanja energije ne bi bio ispunjen: bilo bi potrebno pretpostaviti da se energija pojavljuje ili nestaje na površini zemlje. Međutim, moguće je da, na primjer, više topline može ići naviše nego što je dolazilo odozgo; u ovom slučaju, višak prijenosa topline mora biti pokriven dolaskom topline na površinu iz dubine tla ili vode.
Dakle, algebarski zbir svih priliva i odliva toplote na zemljinoj površini mora biti jednak nuli. Ovo se izražava jednadžbom toplotnog bilansa zemljine površine.
Da bismo napisali ovu jednačinu, prvo kombinujemo apsorbovano zračenje i efektivno zračenje u ravnotežu zračenja.
Označimo dolazak toplote iz vazduha ili njeno oslobađanje u vazduh toplotnom provodljivošću sa P. Isti dobitak ili protok kroz razmenu toplote sa dubljim slojevima zemlje ili vode nazvaćemo A. Gubitak toplote pri isparavanju ili njenom dolazak u toku kondenzacije na zemljinu površinu označićemo sa LE, gde je L specifična toplota isparavanja, a E - masa isparene ili kondenzovane vode.
Takođe možemo reći da je značenje jednačine da je ravnoteža zračenja na zemljinoj površini uravnotežena neradijativnim prenosom toplote (slika 5.1).
Jednačina (1) vrijedi za bilo koji vremenski period, uključujući i višegodišnji period.
Iz činjenice da je toplotni bilans zemljine površine jednak nuli, ne slijedi da se površinska temperatura ne mijenja. Kada je prijenos topline usmjeren prema dolje, toplina koja dolazi na površinu odozgo i odlazi duboko iz nje, najvećim dijelom ostaje u najgornjem sloju tla ili vode (u tzv. aktivnom sloju). Temperatura ovog sloja, a samim tim i temperatura zemljine površine, raste. Naprotiv, kada se toplota prenosi kroz zemljinu površinu odozdo prema gore, u atmosferu, toplota odlazi prvenstveno iz aktivnog sloja, usled čega temperatura površine pada.
Iz dana u dan i iz godine u godinu, prosječna temperatura aktivnog sloja i zemljine površine na bilo kojem mjestu se malo mijenja. To znači da tokom dana skoro isto toliko toplote ulazi duboko u tlo ili vodu tokom dana koliko ga napušta noću. Ali ipak, tokom ljetnog dana, nešto više topline ide naniže nego što dolazi odozdo. Stoga se slojevi tla i vode, a samim tim i njihova površina, zagrijavaju iz dana u dan. Zimi se dešava obrnuti proces. Ove sezonske promjene protoka i protoka topline u tlu i vodi gotovo su uravnotežene tokom godine, a prosječna godišnja temperatura zemljine površine i aktivnog sloja se malo mijenja iz godine u godinu.
Toplotna ravnoteža Zemlje- odnos ulazne i odlazeće energije (radijantne i termalne) na površini zemlje, u atmosferi i sistemu Zemlja-atmosfera. Glavni izvor energije za veliku većinu fizičkih, hemijskih i bioloških procesa u atmosferi, hidrosferi i u gornjim slojevima litosfere je sunčevo zračenje, pa distribucija i odnos komponenti toplotnog bilansa karakterišu njegove transformacije u ovim školjke.
Toplotni bilans je posebna formulacija zakona održanja energije i sastavlja se za dio Zemljine površine (toplotni bilans zemljine površine); za vertikalni stub koji prolazi kroz atmosferu (toplotni bilans atmosfere); za isti stub koji prolazi kroz atmosferu i gornje slojeve litosfere ili hidrosfere (toplotni bilans sistema Zemlja-atmosfera).
Jednačina toplotnog bilansa zemljine površine:
R + P + F0 + LE = 0. (15)
predstavlja algebarski zbir tokova energije između elementa zemljine površine i okolnog prostora. U ovoj formuli:
R - bilans zračenja, razlika između apsorbovanog kratkotalasnog sunčevog zračenja i dugotalasnog efektivnog zračenja sa zemljine površine.
P je toplinski tok koji nastaje između donje površine i atmosfere;
F0 - tok toplote se posmatra između zemljine površine i dubljih slojeva litosfere ili hidrosfere;
LE - potrošnja toplote za isparavanje, koja se definiše kao proizvod mase isparene vode E i toplote isparavanja L toplotnog bilansa
Ovi tokovi uključuju radijacioni balans (ili preostalo zračenje) R - razliku između apsorbovanog kratkotalasnog sunčevog zračenja i dugotalasnog efektivnog zračenja sa zemljine površine. Pozitivna ili negativna vrijednost bilansa zračenja kompenzira se s nekoliko toplinskih tokova. Pošto temperatura zemljine površine obično nije jednaka temperaturi vazduha, između donje površine i atmosfere dolazi do toplotnog toka P. Sličan toplotni tok F0 se primećuje između zemljine površine i dubljih slojeva litosfere ili hidrosfere. U ovom slučaju, protok toplote u tlu je određen molekularnom toplotnom provodljivošću, dok je u rezervoarima razmena toplote, po pravilu, manje-više turbulentne prirode. Toplotni tok F0 između površine rezervoara i njegovih dubljih slojeva numerički je jednak promjeni toplotnog sadržaja rezervoara u datom vremenskom intervalu i prijenosu topline strujama u rezervoaru. Od značajnog značaja u toplotnom bilansu zemljine površine obično je potrošnja toplote za isparavanje LE, koja se definiše kao proizvod mase isparene vode E i toplote isparavanja L. Vrednost LE zavisi od vlaženja vode. zemljine površine, njene temperature, vlažnosti vazduha i intenziteta turbulentne razmene toplote u površinskom sloju vazduha, što određuje brzinu prenosa vodene pare sa zemljine površine u atmosferu.
Jednačina toplotnog bilansa atmosfere ima oblik:
Ra + Lr + P + Fa = ΔW, (16)
gdje je ΔW veličina promjene sadržaja topline unutar vertikalnog zida atmosferskog stupa.
Toplotna ravnoteža atmosfere sastoji se od njene radijacijske ravnoteže Ra; ulazna ili izlazna toplota Lr tokom faznih transformacija vode u atmosferi (g - ukupna količina padavina); priliv ili odliv toplote P usled turbulentne razmene toplote atmosfere sa zemljinom površinom; dolazak ili gubitak topline Fa uzrokovan razmjenom topline kroz vertikalne zidove stupa, što je povezano s uređenim atmosferskim kretanjima i makroturbulencijom. Pored toga, jednadžba atmosferskog toplotnog bilansa uključuje pojam ΔW, jednak promjeni toplotnog sadržaja unutar kolone.
Jednačina toplotnog bilansa sistema Zemlja - atmosfera odgovara algebarskom zbiru članova jednačina toplotnog bilansa zemljine površine i atmosfere. Komponente toplotnog bilansa zemljine površine i atmosfere za različite regione zemaljske kugle određuju se meteorološkim osmatranjima (na aktinometrijskim stanicama, na posebnim stanicama toplotnog bilansa, na meteorološkim satelitima Zemlje) ili klimatološkim proračunima.
Vrijednosti prosječne širine komponenata toplotne ravnoteže zemljine površine za okeane, kopno i Zemlju i toplotne ravnoteže atmosfere date su u tabelama, gdje se vrijednosti članova toplinske ravnoteže smatraju pozitivnim ako odgovaraju dolasku toplote. S obzirom da se ove tabele odnose na prosječne godišnje uslove, one ne uključuju pojmove koji karakterišu promjene toplotnog sadržaja atmosfere i gornjih slojeva litosfere, jer su za ove uslove blizu nule.
Za Zemlju kao planetu, zajedno sa atmosferom, dijagram toplotne ravnoteže je prikazan na Sl. Jedinica površine vanjske granice atmosfere prima fluks sunčevog zračenja u prosjeku od oko 250 kcal/cm2 godišnje, od čega se oko 1/3 odbija u svemir, a 167 kcal/cm2 po godine apsorbuje Zemlja
Izmjena topline spontani ireverzibilni proces prenosa toplote u prostoru, uzrokovan neujednačenim temperaturnim poljem. U opštem slučaju, prenos toplote može biti uzrokovan i nehomogenošću polja drugih fizičkih veličina, na primer, razlika u koncentracijama (difuzioni toplotni efekat). Postoje tri vrste prijenosa topline: toplinska provodljivost, konvekcija i prijenos topline zračenjem (u praksi prijenos topline obično obavljaju sve 3 vrste odjednom). Izmjena topline određuje ili prati mnoge procese u prirodi (na primjer, tok evolucije zvijezda i planeta, meteorološki procesi na površini Zemlje, itd.). u tehnologiji iu svakodnevnom životu. U mnogim slučajevima, na primjer, kada se proučavaju procesi sušenja, hlađenja isparavanjem, difuzije, prijenos topline se razmatra zajedno sa prijenosom mase. Izmjena topline između dva rashladna sredstva kroz čvrsti zid koji ih razdvaja ili kroz međuprostor između njih naziva se prijenos topline.
Toplotna provodljivost jedan od vidova prenosa toplote (energija toplotnog kretanja mikročestica) sa više zagrejanih delova tela na manje zagrejane, što dovodi do izjednačavanja temperature. Kod toplinske provodljivosti, prijenos energije u tijelu nastaje kao rezultat direktnog prijenosa energije od čestica (molekula, atoma, elektrona) sa većom energijom na čestice sa nižom energijom. Ako je relativna promjena temperature toplotne provodljivosti na udaljenosti srednjeg slobodnog puta čestica l mala, tada je zadovoljen osnovni zakon toplotne provodljivosti (Fourierov zakon): gustina toplotnog fluksa q je proporcionalna temperaturnom gradijentu grad T , odnosno (17)
gde je λ koeficijent toplotne provodljivosti, ili jednostavno toplotna provodljivost, ne zavisi od stepena T [λ zavisi od agregacionog stanja supstance (vidi tabelu), njene atomsko-molekularne strukture, temperature i pritiska, sastava (u u slučaju mješavine ili otopine).
Znak minus na desnoj strani jednačine označava da su smjer toka topline i temperaturni gradijent međusobno suprotni.
Odnos vrijednosti Q i površine poprečnog presjeka F naziva se specifičnim toplinskim fluksom ili toplinskim opterećenjem i označava se slovom q.
(18)
Vrijednosti koeficijenta toplinske provodljivosti λ za neke plinove, tekućine i čvrste tvari pri atmosferskom pritisku od 760 mm Hg odabrane su iz tabela.
Prijenos topline. Izmjena toplote između dva rashladna sredstva kroz čvrsti zid koji ih razdvaja ili kroz međuprostor između njih. Prijenos topline uključuje prijenos topline sa toplijeg fluida na zid, prijenos topline u zidu, prijenos topline sa zida na hladniji pokretni medij. Intenzitet prenosa toplote tokom prenosa toplote karakteriše koeficijent prenosa toplote k, numerički jednak količini toplote koja se prenosi kroz jedinicu površine zida u jedinici vremena sa temperaturnom razlikom između tečnosti od 1 K; dimenzija k - W/(m2․K) [kcal/m2․°S)]. Vrijednost R, recipročna vrijednost koeficijenta prijenosa topline, naziva se ukupni toplinski otpor prijenosa topline. Na primjer, R jednoslojnog zida
,
gdje su α1 i α2 koeficijenti prijenosa topline od vruće tekućine do površine zida i od površine zida do hladne tekućine; δ - debljina zida; λ - koeficijent toplotne provodljivosti. U većini slučajeva koji se susreću u praksi, koeficijent prijenosa topline se određuje eksperimentalno. U ovom slučaju dobijeni rezultati se obrađuju metodama sličnim teoriji
Prenos toplote zračenja - Prijenos topline zračenja nastaje kao rezultat procesa pretvaranja unutrašnje energije tvari u energiju zračenja, prijenosa energije zračenja i njene apsorpcije supstancom. Tok procesa prijenosa topline zračenja određen je relativnim položajem u prostoru tijela koja razmjenjuju toplinu i svojstvima medija koji razdvaja ova tijela. Značajna razlika između prijenosa topline zračenja i drugih vrsta prijenosa topline (provođenje topline, konvektivni prijenos topline) je u tome što se može dogoditi u odsustvu materijalnog medija koji razdvaja površine prijenosa topline, budući da nastaje kao rezultat širenja elektromagnetnog radijacije.
Energija zračenja koja pada u procesu razmene toplote zračenja na površinu neprozirnog tela i karakteriše vrednost fluksa upadnog zračenja Qpad telo delimično apsorbuje, a delimično se odbija od njegove površine (vidi sliku).
Apsorbovani tok zračenja Qabs je određen relacijom:
Qabs = A Qpad, (20)
gdje je A apsorpcijski kapacitet tijela. Zbog činjenice da je za neprozirno tijelo
Qpad = Qab + Qotp, (21)
gdje je Qotr tok zračenja reflektovanog od površine tijela, ova posljednja vrijednost je jednaka:
Qotr = (1 - A) Qpad, (22)
gdje je 1 - A = R reflektivnost tijela. Ako je apsorpciona sposobnost nekog tijela 1, pa je prema tome njegova reflektivnost 0, odnosno tijelo apsorbira svu energiju koja pada na njega, onda se ono naziva apsolutno crnim tijelom. Svako tijelo čija je temperatura različita od apsolutne nule emituje energiju zbog na zagrevanje tela. Ovo zračenje se naziva vlastito zračenje tijela i karakterizira ga tok vlastitog zračenja Qgeneral. Intrinzično zračenje po jedinici površine tijela naziva se gustina protoka unutrašnjeg zračenja ili emisivnost tijela. Potonje je, u skladu sa Stefan-Boltzmanovim zakonom zračenja, proporcionalno telesnoj temperaturi na četvrti stepen. Omjer emisivnosti tijela i emisivnosti apsolutno crnog tijela na istoj temperaturi naziva se stepen emitivnosti. Za sva tijela stepen crnine je manji od 1. Ako za neko tijelo ne zavisi od talasne dužine zračenja, onda se takvo tijelo naziva sivo. Priroda raspodjele energije zračenja sivog tijela po valnim dužinama ista je kao i kod apsolutno crnog tijela, odnosno opisana je Planckovim zakonom zračenja. Stepen crnila sivog tijela jednak je njegovom kapacitetu apsorpcije.
Površina bilo kojeg tijela uključenog u sistem emituje tok reflektovanog zračenja Qotr i vlastitog zračenja Qcob; ukupna količina energije koja napušta površinu tijela naziva se efektivni tok zračenja Qeff i određena je relacijom:
Qeff = Qotr + Qcob. (23)
Deo energije koju telo apsorbuje vraća se u sistem u obliku sopstvenog zračenja, pa se rezultat prenosa toplote zračenja može predstaviti kao razlika između tokova sopstvenog i apsorbovanog zračenja. Magnituda
Qpez = Qcob - Qabl (24)
naziva se fluks rezultirajućeg zračenja i pokazuje koliko energije tijelo prima ili gubi u jedinici vremena kao rezultat prijenosa topline zračenja. Rezultirajući fluks zračenja također se može izraziti u obliku
Qpez = Qeff - Qpad, (25)
odnosno kao razlika između ukupnog utroška i ukupnog dolaska energije zračenja na površinu tijela. Dakle, s obzirom na to
Qpad = (Qcob - Qpe) / A, (26)
dobijamo izraz koji se široko koristi u proračunima prijenosa topline zračenja:
Zadatak proračuna zračnog prijenosa topline je, po pravilu, pronaći rezultirajuće fluksove zračenja na svim površinama uključenim u dati sistem, ako su poznate temperature i optičke karakteristike svih ovih površina. Za rješavanje ovog problema, pored posljednje relacije, potrebno je razjasniti odnos između fluksa Qpad na datoj površini i fluksa Qeff na svim površinama uključenim u sistem prijenosa topline zračenja. Za pronalaženje ovog odnosa koristi se koncept prosječnog ugaonog koeficijenta zračenja, koji pokazuje koliki dio hemisfernog (tj. emitovanog u svim smjerovima unutar hemisfere) zračenja određene površine uključene u sustav razmjene topline zračenja pada na ovu površinu. Dakle, fluks Qpad na bilo kojoj površini uključenoj u sistem prijenosa topline zračenja određen je kao zbir proizvoda Qeff svih površina (uključujući i ovu, ako je konkavna) i odgovarajućih ugaonih koeficijenata zračenja.
Prijenos topline zračenja igra značajnu ulogu u procesima prijenosa topline koji se odvijaju na temperaturama od oko 1000 °C i više. Široko se koristi u različitim oblastima tehnologije: metalurgija, termoenergetika, nuklearna energija, raketna tehnologija, hemijska tehnologija, tehnologija sušenja, solarna tehnologija.
Apsorbirajući energiju zračenja Sunca, sama Zemlja postaje izvor zračenja. Međutim, zračenje Sunca i zračenje Zemlje se značajno razlikuju. Direktno, raspršeno i reflektovano zračenje Sunca ima talasnu dužinu u rasponu od 0,17 do 2-4 mk, i zove se kratkotalasni radijacije. Zagrijana površina zemlje, u skladu sa svojom temperaturom, emituje zračenje uglavnom u opsegu talasnih dužina od 2-4 do 40 mk i zove se dug talas. Uopšteno govoreći, i zračenje sa Sunca i zračenje sa Zemlje imaju talase svih talasnih dužina. Ali najveći dio energije (99,9%) leži u određenom opsegu talasnih dužina. Razlika u talasnim dužinama zračenja Sunca i Zemlje igra veliku ulogu u termičkom režimu zemljine površine.
Tako, zagrijana sunčevim zracima, naša planeta sama postaje izvor zračenja. Dugotalasni ili toplotni zraci koje emituje zemljina površina, usmjereni odozdo prema gore, ovisno o talasnoj dužini, ili nesmetano prolaze kroz atmosferu ili se njome odlažu. Utvrđeno je da zračenje talasa dužine 9-12 mk slobodno odlazi u međuzvjezdani prostor, zbog čega površina Zemlje gubi dio svoje topline.
Da bi se riješio problem toplinske ravnoteže zemljine površine i atmosfere, bilo je potrebno utvrditi koliko sunčeve energije ulazi u različite dijelove Zemlje i koliko se te energije pretvara u druge vrste.
Pokušaji izračunavanja količine sunčeve energije koja ulazi na površinu zemlje su u sredini XIXstoljeća, nakon što su stvoreni prvi aktinometrijski instrumenti. Međutim, tek 40-ih godina XXvijeka, započeo je široki razvoj problema proučavanja toplotnog bilansa. Tome je doprinio široki razvoj aktinometrijske mreže stanica u poslijeratnim godinama, posebno tokom priprema za Međunarodnu geofizičku godinu. Samo u SSSR-u broj aktinometrijskih stanica je do početka IGY dostigao 200. Istovremeno, obim posmatranja na tim stanicama značajno se povećao. Pored merenja kratkotalasnog zračenja Sunca, utvrđen je i radijacioni balans zemljine površine, odnosno razlika između apsorbovanog kratkotalasnog zračenja i dugotalasnog efektivnog zračenja donje površine. Na brojnim aktinometrijskim stanicama organizovana su osmatranja temperature i vlažnosti vazduha na visinama. To je omogućilo izračunavanje troškova topline za isparavanje i turbulentni prijenos topline.
Pored sistematskih aktinometrijskih osmatranja koja se provode na mreži zemaljskih aktinometrijskih stanica po istom tipu programa, posljednjih godina se provodi eksperimentalni rad na proučavanju tokova zračenja u slobodnoj atmosferi. U tu svrhu vrše se sistematska mjerenja bilansa dugotalasnog zračenja na različitim visinama u troposferi na brojnim stanicama pomoću posebnih radiosonda. Ova zapažanja, kao i podaci o tokovima zračenja u slobodnoj atmosferi dobijeni korišćenjem slobodnih balona, aviona, geofizičkih raketa i veštačkih Zemljinih satelita, omogućili su proučavanje režima komponenti toplotnog bilansa.
Koristeći materijale iz eksperimentalnih studija i naširoko koristeći metode proračuna, zaposlenici Glavne geofizičke opservatorije naz. A. I. Voeikova T. G. Berlyand, N. A. Efimova, L. I. Zubenok, L. A. Strokina, K. Ya. Vinnikov i drugi pod vodstvom M. I. Budyka, ranih 50-ih godina po prvi put je konstruisana serija mapa komponenti toplotnog bilansa za cijeli globus. Ova serija karata je prvi put objavljena 1955. Objavljeni Atlas je sadržavao karte ukupne distribucije sunčevog zračenja, radijacijskog bilansa, gubitaka topline za isparavanje i turbulentnog prijenosa topline u prosjeku za svaki mjesec i godinu. U narednim godinama, u vezi sa prijemom novih podataka, posebno za period IGY, razjašnjeni su podaci o komponentama toplotnog bilansa i napravljena nova serija karata koja je objavljena 1963. godine.
Toplotni bilans zemljine površine i atmosfere, uzimajući u obzir priliv i oslobađanje toplote za sistem Zemlja-atmosfera, odražava zakon održanja energije. Da bi se sačinila jednadžba toplotnog bilansa Zemlja-atmosfera, treba uzeti u obzir svu toplinu – primljenu i utrošenu – s jedne strane, od cijele Zemlje zajedno sa atmosferom, as druge, od donje površine zemlje ( zajedno sa hidrosferom i litosferom) i atmosferom. Apsorbirajući energiju zračenja Sunca, Zemljina površina gubi dio te energije kroz zračenje. Ostatak se troši na zagrijavanje ove površine i nižih slojeva atmosfere, kao i na isparavanje. Zagrijavanje podloge je praćeno prijenosom topline u tlo, a ako je tlo vlažno, tada se istovremeno gubi toplina za isparavanje vlage iz tla.
Dakle, toplinski bilans Zemlje u cjelini sastoji se od četiri komponente.
Ravnoteža zračenja ( R). Određuje se razlikom između količine apsorbovanog kratkotalasnog zračenja Sunca i dugotalasnog efektivnog zračenja.
Izmjena topline u tlu, karakterizira proces prijenosa topline između površinskih i dubljih slojeva tla (A). Ova izmjena toplote zavisi od toplotnog kapaciteta i toplotne provodljivosti tla.
Turbulentna izmjena toplote između zemljine površine i atmosfera (R). Određuje se količinom topline koju donja površina prima ili otpušta u atmosferu, ovisno o odnosu između temperatura donje površine i atmosfere.
Toplota utrošena na isparavanje( L.E.). Određuje se proizvodom latentne topline isparavanja ( L) za isparavanje (E).
Ove komponente toplotnog bilansa su međusobno povezane sljedećim odnosom:
R= A+ P+ L.E.
Proračuni komponenata toplotnog bilansa omogućavaju da se utvrdi kako se ulazna sunčeva energija pretvara na površini zemlje iu atmosferi. Na srednjim i visokim geografskim širinama, priliv sunčevog zračenja je ljeti pozitivan, a zimi negativan. Prema proračunima južno od 39° S. w. Bilans energije zračenja je pozitivan tokom cijele godine.Na geografskoj širini od oko 50° na evropskoj teritoriji SSSR-a, bilans je pozitivan od marta do novembra i negativan tokom tri zimska mjeseca. Na geografskoj širini 80° pozitivan radijacijski bilans se uočava samo u periodu maj - avgust.
U skladu sa proračunima toplotnog bilansa Zemlje, ukupno sunčevo zračenje koje apsorbuje površina zemlje u celini je 43% sunčevog zračenja koje dolazi na spoljnu granicu atmosfere. Efektivna radijacija sa zemljine površine iznosi 15% ove vrednosti, radijacioni bilans - 28%, gubitak toplote na isparavanje - 23% i turbulentni prenos toplote - 5%.
Razmotrimo sada neke rezultate izračunavanja komponenti toplotnog bilansa za sistem Zemlja-atmosfera. Evo četiri karte: ukupno zračenje za godinu, bilans zračenja, potrošnja topline za isparavanje i potrošnja topline za zagrijavanje zraka turbulentnom izmjenom topline, posuđene iz Atlasa toplotnog bilansa svijeta (priredio M. I. Budyko). Iz karte prikazane na slici 10. proizilazi da se najveće godišnje vrijednosti ukupne radijacije javljaju u aridnim zonama Zemlje. Konkretno, u Sahari i arapskim pustinjama, ukupna radijacija godišnje prelazi 200 kcal/cm 2, a na visokim geografskim širinama obe hemisfere ne prelazi 60-80kcal/cm2.
Slika 11 prikazuje mapu radijacijske ravnoteže. Lako je uočiti da se na visokim i srednjim geografskim širinama balans zračenja povećava prema niskim geografskim širinama, što je povezano sa povećanjem ukupnog i apsorbovanog zračenja. Zanimljivo je napomenuti da se, za razliku od izolinija ukupnog zračenja, izolinije radijacijske ravnoteže lome pri kretanju od okeana ka kontinentima, što je posljedica razlike u albedu i efektivnom zračenju. Potonji su manji za površinu vode, pa radijacijska ravnoteža okeana premašuje radijacijsku ravnotežu kontinenata.
Najmanji godišnji iznosi (oko 60 kcal/cm 2) karakteristično za područja u kojima prevladava oblačnost, kao i za sušna područja, gdje visoke vrijednosti albeda i efektivnog zračenja smanjuju ravnotežu zračenja. Najveći godišnji iznosi radijacijskog bilansa (80-90 kcal/cm 2) tipične su za nisko oblačne, ali relativno vlažne tropske šume i savane, gdje je priliv radijacije, iako značajan, veći, ali su albedo i efektivno zračenje veći nego u pustinjskim područjima Zemlje.
Raspodjela godišnjih vrijednosti isparavanja prikazana je na slici 12. Potrošnja topline za isparavanje jednaka je umnošku vrijednosti isparavanja i latentne topline isparavanja (LE), određen je uglavnom količinom isparavanja, budući da latentna toplota isparavanja u prirodnim uslovima varira u malim granicama i u prosjeku je jednaka 600 feces po gramu isparene vode.
Kao što slijedi iz gornje slike, isparavanje sa zemlje uglavnom ovisi o zalihama topline i vlage. Dakle, maksimalne godišnje količine isparavanja sa površine kopna (do 1000 mm) odvijaju u tropskim geografskim širinama, gdje su značajne termalne
resursi se kombinuju sa većom hidratacijom. Međutim, okeani su najvažniji izvori isparavanja. Njegove maksimalne vrijednosti ovdje dosežu 2500-3000 mm. U ovom slučaju, najveće isparavanje se javlja u područjima s relativno visokim temperaturama površinskih voda, posebno u zonama toplih struja (Gulf Stream, Kuro-Sivo, itd.). Naprotiv, u zonama hladnih strujanja vrijednosti isparavanja su male. U srednjim geografskim širinama postoji godišnji ciklus isparavanja. Štoviše, za razliku od kopna, maksimalno isparavanje na okeanima se opaža u hladnoj sezoni, kada se veliki vertikalni gradijenti vlažnosti zraka kombiniraju s povećanom brzinom vjetra.
Turbulentna izmjena topline između donje površine i atmosfere ovisi o uvjetima zračenja i vlage. Stoga se najveći turbulentni prijenos topline javlja u onim područjima zemlje gdje je veliki priliv zračenja u kombinaciji sa suhim zrakom. Kao što se vidi iz karte godišnjih vrednosti turbulentne razmene toplote (Sl. 13), to su pustinjske zone u kojima njena vrednost dostiže 60 kcal/cm2. Veličina turbulentne razmene toplote je mala na visokim geografskim širinama obe hemisfere, kao i na okeanima. Maksimalne godišnje vrijednosti mogu se naći u zoni toplih morskih struja (više od 30 kcal/cm 2 godine), gdje se stvaraju velike temperaturne razlike između vode i zraka. Stoga se najveći prijenos topline iz okeana dešava u hladnom dijelu godine.
Toplotna ravnoteža atmosfere određena je apsorpcijom kratkotalasnog i korpuskularnog zračenja Sunca, dugovalnim zračenjem, radijantnom i turbulentnom izmjenom topline, advekcijom topline, adijabatskim procesima itd. Podatke o dolasku i potrošnji sunčeve toplote meteorolozi koriste da objasne složenu cirkulaciju atmosfere i hidrosfere, cirkulaciju toplote i vlage i mnoge druge procese i pojave koji se dešavaju u vazdušnim i vodenim omotačima Zemlje.
- Izvor-
Poghosyan, Kh.P. Atmosfera Zemlje / H.P. Poghosyan [i drugi]. – M.: Prosveta, 1970.- 318 str.
Pregleda postova: 1,223
