पृथ्वी की सतह और पृथ्वी-क्षोभमंडल प्रणाली का ऊष्मीय संतुलन। विकिरण और ऊष्मा संतुलन देखें कि "पृथ्वी की सतह का ताप संतुलन" अन्य शब्दकोशों में क्या है

वायुमंडल, पृथ्वी की सतह की तरह, अपनी लगभग सारी गर्मी सूर्य से प्राप्त करता है। ताप के अन्य स्रोतों में पृथ्वी की आंतों से आने वाली गर्मी शामिल है, लेकिन यह गर्मी की कुल मात्रा का केवल एक प्रतिशत का अंश है।

यद्यपि सौर विकिरण पृथ्वी की सतह के लिए ऊष्मा का एकमात्र स्रोत है, भौगोलिक आवरण का ऊष्मीय शासन केवल विकिरण संतुलन का परिणाम नहीं है। सौर ताप को स्थलीय कारकों के प्रभाव में परिवर्तित और पुनर्वितरित किया जाता है, और मुख्य रूप से वायु और महासागरीय धाराओं द्वारा रूपांतरित किया जाता है। बदले में, वे अक्षांशों पर सौर विकिरण के असमान वितरण के कारण हैं। यह प्रकृति में विभिन्न घटकों के घनिष्ठ वैश्विक संबंध और परस्पर क्रिया के स्पष्ट उदाहरणों में से एक है।

पृथ्वी की जीवित प्रकृति के लिए, विभिन्न अक्षांशों के साथ-साथ महासागरों और महाद्वीपों के बीच गर्मी का पुनर्वितरण महत्वपूर्ण है। इस प्रक्रिया के लिए धन्यवाद, पृथ्वी की सतह पर हवा और महासागरीय धाराओं की गति की बेहतर दिशाओं के अनुसार गर्मी का एक बहुत ही जटिल स्थानिक पुनर्वितरण होता है। हालांकि, कुल गर्मी हस्तांतरण, एक नियम के रूप में, निम्न अक्षांशों से उच्च अक्षांशों और महासागरों से महाद्वीपों तक निर्देशित होता है।

वायुमंडल में ऊष्मा का वितरण संवहन, ऊष्मा चालन और विकिरण द्वारा होता है। थर्मल संवहन ग्रह पर हर जगह प्रकट होता है, हवाएं, आरोही और अवरोही वायु धाराएं सर्वव्यापी हैं। संवहन विशेष रूप से उष्ण कटिबंध में उच्चारित होता है।

ऊष्मीय चालकता, अर्थात्, पृथ्वी की गर्म या ठंडी सतह के साथ वातावरण के सीधे संपर्क के दौरान ऊष्मा का स्थानांतरण अपेक्षाकृत कम महत्व रखता है, क्योंकि वायु ऊष्मा का कुचालक है। यह वह गुण है जिसने डबल ग्लेज़िंग के साथ खिड़की के फ्रेम के निर्माण में व्यापक आवेदन पाया है।

निचले वायुमंडल में ऊष्मा का अंतर्वाह और बहिर्वाह विभिन्न अक्षांशों पर समान नहीं होता है। 38°N . के उत्तर में श्री। अवशोषित की तुलना में अधिक गर्मी उत्सर्जित होती है। इस नुकसान की भरपाई समशीतोष्ण अक्षांशों को निर्देशित गर्म समुद्री और वायु धाराओं द्वारा की जाती है।

सौर ऊर्जा की प्राप्ति और व्यय की प्रक्रिया, पृथ्वी के वायुमंडल की संपूर्ण प्रणाली को गर्म करने और ठंडा करने की प्रक्रिया गर्मी संतुलन की विशेषता है। यदि हम सौर ऊर्जा की वार्षिक आपूर्ति को वायुमंडल की ऊपरी सीमा तक 100% के रूप में लेते हैं, तो सौर ऊर्जा का संतुलन इस तरह दिखेगा: 42% पृथ्वी से परावर्तित होता है और बाहरी अंतरिक्ष में वापस आ जाता है (यह मान पृथ्वी की एल्बेडो), 38% वायुमंडल द्वारा और 4% - पृथ्वी की सतह से परावर्तित होता है। शेष (58%) अवशोषित होता है: 14% - वायुमंडल द्वारा और 44% - पृथ्वी की सतह द्वारा। पृथ्वी की गर्म सतह अपने द्वारा अवशोषित सारी ऊर्जा वापस देती है। इसी समय, पृथ्वी की सतह द्वारा ऊर्जा का विकिरण 20% है, 24% हवा को गर्म करने और नमी को वाष्पित करने पर खर्च किया जाता है (हवा को गर्म करने के लिए 5.6% और नमी को वाष्पित करने के लिए 18.4%)।

संपूर्ण विश्व के ताप संतुलन की ऐसी सामान्य विशेषताएं। वास्तव में, विभिन्न सतहों के लिए अलग-अलग अक्षांशीय पेटियों के लिए, गर्मी संतुलन समान से बहुत दूर होगा। इस प्रकार, किसी भी क्षेत्र का गर्मी संतुलन सूर्योदय और सूर्यास्त के समय गड़बड़ा जाता है, जब मौसम बदलते हैं, यह वायुमंडलीय स्थितियों (बादल, हवा की नमी और धूल की मात्रा), सतह की प्रकृति (पानी या जमीन, जंगल या प्याज) पर निर्भर करता है। बर्फ का आवरण या नंगे मैदान)। ), समुद्र तल से ऊँचाई। अधिकांश गर्मी रात में, सर्दियों में, और उच्च ऊंचाई पर दुर्लभ, स्वच्छ, शुष्क हवा के माध्यम से विकीर्ण होती है। लेकिन अंत में, विकिरण के कारण होने वाले नुकसान की भरपाई सूर्य से आने वाली गर्मी से होती है, और गतिशील संतुलन की स्थिति पृथ्वी पर समग्र रूप से बनी रहती है, अन्यथा यह गर्म हो जाएगा या, इसके विपरीत, ठंडा हो जाएगा।

हवा का तापमान

वातावरण का ताप काफी जटिल तरीके से होता है। सूर्य के प्रकाश की छोटी तरंगदैर्घ्य, दृश्यमान लाल से लेकर पराबैंगनी प्रकाश तक, पृथ्वी की सतह पर लंबी ऊष्मा तरंगों में परिवर्तित हो जाती है, जो बाद में, जब पृथ्वी की सतह से निकलती है, तो वातावरण को गर्म करती है। वायुमंडल की निचली परतें ऊपरी की तुलना में तेजी से गर्म होती हैं, जिसे पृथ्वी की सतह के संकेतित थर्मल विकिरण और इस तथ्य से समझाया जाता है कि उनका घनत्व अधिक होता है और वे जल वाष्प से संतृप्त होते हैं।

क्षोभमंडल में तापमान के ऊर्ध्वाधर वितरण की एक विशेषता इसकी ऊंचाई के साथ कमी है। औसत ऊर्ध्वाधर तापमान ढाल, यानी प्रति 100 मीटर ऊंचाई पर गणना की गई औसत कमी 0.6 डिग्री सेल्सियस है। नम हवा की ठंडक नमी संक्षेपण के साथ होती है। इस मामले में, एक निश्चित मात्रा में गर्मी निकलती है, जिसे भाप के निर्माण पर खर्च किया गया था। इसलिए, जब नम हवा ऊपर उठती है, तो यह शुष्क हवा की तुलना में लगभग दोगुनी धीमी गति से ठंडी होती है। क्षोभमंडल में शुष्क हवा का भूतापीय गुणांक औसतन 1 °C होता है।

गर्म भूमि की सतह और जल निकायों से उठने वाली हवा कम दबाव के क्षेत्र में प्रवेश करती है। यह इसे विस्तार करने की अनुमति देता है, और इसके संबंध में, तापीय ऊर्जा की एक निश्चित मात्रा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, हवा ठंडी हो जाती है। अगर साथ ही इसे कहीं से भी गर्मी नहीं मिलती है और कहीं नहीं देता है, तो पूरी वर्णित प्रक्रिया को एडियाबेटिक या डायनेमिक कूलिंग कहा जाता है। और इसके विपरीत, हवा उतरती है, उच्च दबाव के क्षेत्र में प्रवेश करती है, इसे चारों ओर से हवा से संघनित किया जाता है, और यांत्रिक ऊर्जा थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। इस वजह से, हवा रूद्धोष्म ताप का अनुभव करती है, जो प्रत्येक 100 मीटर अवतलन के लिए औसतन 1 °C है।

कभी-कभी तापमान ऊंचाई के साथ बढ़ता है। इस घटना को उलटा कहा जाता है। यू "अभिव्यक्तियों के कारण विविध हैं: बर्फ के आवरण पर पृथ्वी का विकिरण, ठंडी सतह पर गर्म हवा की मजबूत धाराओं का मार्ग। व्युत्क्रम विशेष रूप से पहाड़ी क्षेत्रों की विशेषता है: भारी ठंडी हवा पहाड़ के खोखले में बहती है और वहां स्थिर हो जाती है, हल्की गर्म हवा को ऊपर की ओर विस्थापित करना।

हवा के तापमान में दैनिक और वार्षिक परिवर्तन सतह की तापीय स्थिति को दर्शाते हैं। हवा की सतह परत में, दैनिक अधिकतम दोपहर 2-3 बजे निर्धारित किया जाता है, और न्यूनतम सूर्योदय के बाद मनाया जाता है। सबसे बड़ा दैनिक आयाम उपोष्णकटिबंधीय अक्षांशों (30 डिग्री सेल्सियस) में होता है, सबसे छोटा - ध्रुवीय (5 डिग्री सेल्सियस) में। तापमान का वार्षिक पाठ्यक्रम अक्षांश, अंतर्निहित सतह की प्रकृति, समुद्र तल से ऊपर की जगह की ऊंचाई, राहत और समुद्र से दूरी पर निर्भर करता है।

पृथ्वी की सतह पर वार्षिक तापमान के वितरण में कुछ भौगोलिक नियमितताओं का पता चला है।

1. दोनों गोलार्द्धों में ध्रुवों की ओर औसत तापमान घट रहा है। हालांकि, थर्मल भूमध्य रेखा - 27 डिग्री सेल्सियस के औसत वार्षिक तापमान के साथ एक गर्म समानांतर - उत्तरी गोलार्ध में लगभग 15-20 डिग्री अक्षांश पर स्थित है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि भौगोलिक भूमध्य रेखा की तुलना में यहां भूमि एक बड़े क्षेत्र पर कब्जा करती है।

2. भूमध्य रेखा से उत्तर और दक्षिण की ओर, तापमान असमान रूप से बदलता है। भूमध्य रेखा और 25 वें समानांतर के बीच, तापमान में कमी बहुत धीमी है - अक्षांश के प्रत्येक दस डिग्री के लिए दो डिग्री से कम। दोनों गोलार्द्धों में 25° और 80° अक्षांश के बीच तापमान बहुत तेजी से गिरता है। कुछ स्थानों पर यह कमी 10°C से अधिक हो जाती है। आगे ध्रुवों की ओर, तापमान में गिरावट की दर फिर से घट जाती है।

3. दक्षिणी गोलार्ध के सभी समानांतरों का औसत वार्षिक तापमान उत्तरी गोलार्ध के संबंधित समानांतरों के तापमान से कम है। मुख्य रूप से "महाद्वीपीय" उत्तरी गोलार्ध का औसत हवा का तापमान जनवरी में +8.6 ° , जुलाई में +22.4 ° है; दक्षिणी "महासागर" गोलार्ध में, जुलाई में औसत तापमान +11.3 ° है, जनवरी में - +17.5 ° С। उत्तरी गोलार्ध में हवा के तापमान में उतार-चढ़ाव का वार्षिक आयाम वितरण की ख़ासियत के कारण दोगुना बड़ा है इसी अक्षांश पर भूमि और समुद्र और दक्षिणी गोलार्ध की जलवायु पर भव्य बर्फ के गुंबद अंटार्कटिका का शीतलन प्रभाव।

इज़ोटेर्म मानचित्र पृथ्वी पर हवा के तापमान के वितरण की महत्वपूर्ण विशेषताएं प्रदान करते हैं। इस प्रकार, पृथ्वी की सतह पर जुलाई इज़ोटेर्म के वितरण के विश्लेषण के आधार पर, निम्नलिखित मुख्य निष्कर्ष तैयार किए जा सकते हैं।

1. दोनों गोलार्द्धों के उष्ण कटिबंधीय क्षेत्रों में, महाद्वीपों के ऊपर की समताप रेखा खिड़कियों पर अपनी स्थिति के सापेक्ष उत्तर की ओर झुकती है। उत्तरी गोलार्ध में, यह इस तथ्य के कारण है कि भूमि समुद्र से अधिक गर्म होती है, और दक्षिण में - विपरीत अनुपात: इस समय, भूमि समुद्र की तुलना में अधिक ठंडी होती है।

2. महासागरों के ऊपर, जुलाई की समताप रेखा ठंडी हवा के तापमान की धाराओं के प्रभाव को दर्शाती है। यह उत्तरी अमेरिका और अफ्रीका के उन पश्चिमी तटों पर विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है, जो कैलिफोर्निया और कैनरी महासागर धाराओं के ठंडे पत्राचार से धोए जाते हैं। दक्षिणी गोलार्ध में, समतापी उत्तर की ओर विपरीत दिशा में घुमावदार होते हैं - ठंडी धाराओं के प्रभाव में भी।

3. जुलाई में सबसे अधिक औसत तापमान भूमध्य रेखा के उत्तर में स्थित रेगिस्तानों में देखा जाता है। इस समय कैलिफोर्निया, सहारा, अरब, ईरान और एशिया के अंदरूनी हिस्सों में यह विशेष रूप से गर्म है।

जनवरी इज़ोटेर्म्स के वितरण की भी अपनी विशेषताएं हैं।

1. उत्तर में महासागरों के ऊपर और दक्षिण की ओर भूमि पर समताप रेखा का झुकना और भी अधिक प्रमुख, अधिक विपरीत हो जाता है। यह उत्तरी गोलार्ध में सबसे अधिक स्पष्ट है। उत्तरी ध्रुव की ओर समतापों का मजबूत मोड़ अटलांटिक महासागर में गल्फ स्ट्रीम महासागरीय धाराओं और प्रशांत महासागर में कुरो-सियो की तापीय भूमिका में वृद्धि को दर्शाता है।

2. दोनों गोलार्द्धों के उष्ण कटिबंधीय क्षेत्रों में, महाद्वीपों पर स्थित समताप रेखाएं दक्षिण की ओर स्पष्ट रूप से घुमावदार हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि उत्तरी गोलार्ध में भूमि ठंडी होती है, और दक्षिणी गोलार्ध में यह समुद्र की तुलना में गर्म होती है।

3. जनवरी में उच्चतम औसत तापमान दक्षिणी गोलार्ध के उष्णकटिबंधीय क्षेत्र के रेगिस्तान में होता है।

4. जनवरी में ग्रह पर सबसे अधिक शीतलन के क्षेत्र, जैसे जुलाई में, अंटार्कटिका और ग्रीनलैंड हैं।

सामान्य तौर पर, यह कहा जा सकता है कि वर्ष के सभी मौसमों के दौरान दक्षिणी गोलार्ध के समताप मंडल में अधिक सीधा (अक्षांशीय) हड़ताल पैटर्न होता है। यहाँ समतापी के दौरान महत्वपूर्ण विसंगतियों की अनुपस्थिति को भूमि पर पानी की सतह की महत्वपूर्ण प्रबलता द्वारा समझाया गया है। इज़ोटेर्म के पाठ्यक्रम का विश्लेषण न केवल सौर विकिरण के परिमाण पर, बल्कि समुद्री और वायु धाराओं द्वारा गर्मी के पुनर्वितरण पर भी तापमान की एक करीबी निर्भरता को इंगित करता है।

पृथ्वी के थर्मोबैरिक क्षेत्र की अवधारणा

विकिरण संतुलन में मौसमी उतार-चढ़ाव

पृथ्वी के विकिरण शासन में मौसमी उतार-चढ़ाव समग्र रूप से सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की वार्षिक क्रांति के दौरान उत्तरी और दक्षिणी गोलार्ध के विकिरण में परिवर्तन के अनुरूप हैं।

भूमध्यरेखीय क्षेत्र में सौर ताप में कोई मौसमी उतार-चढ़ाव नहीं है: दिसंबर और जुलाई दोनों में, विकिरण संतुलन भूमि पर 6-8 किलो कैलोरी/सेमी 2 और समुद्र में प्रति माह 10-12 किलो कैलोरी/सेमी 2 है।

उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में मौसमी उतार-चढ़ाव पहले से ही काफी स्पष्ट रूप से व्यक्त किए गए हैं। उत्तरी गोलार्ध में - उत्तरी अफ्रीका, दक्षिण एशिया और मध्य अमेरिका में - दिसंबर में, विकिरण संतुलन 2-4 किलो कैलोरी / सेमी 2 और जून में 6-8 किलो कैलोरी / सेमी 2 प्रति माह है। दक्षिणी गोलार्ध में भी यही तस्वीर देखी जाती है: विकिरण संतुलन दिसंबर (गर्मी) में अधिक होता है, जून (सर्दियों) में कम होता है।

पूरे समशीतोष्ण क्षेत्र में दिसंबर में, उपोष्णकटिबंधीय के उत्तर में (शून्य संतुलन रेखा फ्रांस, मध्य एशिया और होक्काइडो द्वीप से होकर गुजरती है), संतुलन नकारात्मक है। जून में, आर्कटिक सर्कल के पास भी, विकिरण संतुलन 8 किलो कैलोरी/सेमी2 प्रति माह है। विकिरण संतुलन का सबसे बड़ा आयाम महाद्वीपीय उत्तरी गोलार्ध की विशेषता है।

क्षोभमंडल का ऊष्मीय शासन सौर ताप के प्रवाह और वायु द्रव्यमान की गतिशीलता द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो गर्मी और ठंड के संवहन को अंजाम देता है। दूसरी ओर, वायु की गति भूमध्यरेखीय और ध्रुवीय अक्षांशों के बीच और महासागरों और महाद्वीपों के बीच तापमान प्रवणता (तापमान प्रति इकाई दूरी में गिरावट) के कारण होती है। इन जटिल गतिशील प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, पृथ्वी के थर्मोबैरिक क्षेत्र का निर्माण हुआ। इसके दोनों तत्व - तापमान और दबाव - इतने परस्पर जुड़े हुए हैं कि भूगोल में पृथ्वी के एकल थर्मोबैरिक क्षेत्र की बात करने की प्रथा है।

पृथ्वी की सतह द्वारा प्राप्त गर्मी को वायुमंडल और जलमंडल द्वारा परिवर्तित और पुनर्वितरित किया जाता है। ऊष्मा मुख्य रूप से वाष्पीकरण, अशांत ऊष्मा विनिमय और भूमि और महासागर के बीच ऊष्मा के पुनर्वितरण पर खर्च होती है।

गर्मी की सबसे बड़ी मात्रा महासागरों और महाद्वीपों से पानी के वाष्पीकरण पर खर्च होती है। महासागरों के उष्णकटिबंधीय अक्षांशों में, वाष्पीकरण प्रति वर्ष लगभग 100-120 किलो कैलोरी / सेमी 2 की खपत करता है, और प्रति वर्ष 140 किलो कैलोरी / सेमी 2 तक गर्म धाराओं वाले जल क्षेत्रों में, जो 2 मीटर मोटी पानी की परत के वाष्पीकरण से मेल खाती है। . भूमध्यरेखीय बेल्ट में, वाष्पीकरण पर बहुत कम ऊर्जा खर्च होती है, यानी लगभग 60 किलो कैलोरी / सेमी 2 प्रति वर्ष; यह पानी की एक मीटर परत के वाष्पीकरण के बराबर है।

महाद्वीपों पर, वाष्पीकरण के लिए अधिकतम गर्मी की खपत भूमध्यरेखीय क्षेत्र में आर्द्र जलवायु के साथ होती है। भूमि के उष्णकटिबंधीय अक्षांशों में नगण्य वाष्पीकरण वाले रेगिस्तान हैं। समशीतोष्ण अक्षांशों में, महासागरों में वाष्पीकरण के लिए ऊष्मा की लागत भूमि की तुलना में 2.5 गुना अधिक होती है। समुद्र की सतह उस पर पड़ने वाले सभी विकिरण का 55 से 97% तक अवशोषित करती है। पूरे ग्रह पर, 80% सौर विकिरण वाष्पीकरण पर और लगभग 20% अशांत गर्मी हस्तांतरण पर खर्च किया जाता है।

वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा के रूप में भाप के संघनन के दौरान पानी के वाष्पीकरण पर खर्च की गई ऊष्मा वायुमंडल में स्थानांतरित हो जाती है। यह प्रक्रिया हवा को गर्म करने और वायु द्रव्यमान की गति में प्रमुख भूमिका निभाती है।

जल वाष्प के संघनन से पूरे क्षोभमंडल के लिए गर्मी की अधिकतम मात्रा भूमध्यरेखीय अक्षांशों द्वारा प्राप्त की जाती है - लगभग 100-140 किलो कैलोरी / सेमी 2 प्रति वर्ष। यह उष्णकटिबंधीय जल से व्यापारिक हवाओं द्वारा यहां लाई गई भारी मात्रा में नमी और भूमध्य रेखा के ऊपर हवा के बढ़ने के कारण है। शुष्क उष्णकटिबंधीय अक्षांशों में, वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा की मात्रा स्वाभाविक रूप से नगण्य होती है: महाद्वीपीय रेगिस्तानों में प्रति वर्ष 10 kcal/cm2 से कम और महासागरों पर प्रति वर्ष लगभग 20 kcal/cm2। जल वातावरण के तापीय और गतिशील शासन में एक निर्णायक भूमिका निभाता है।

अशांत वायु ताप विनिमय के माध्यम से विकिरण गर्मी भी वातावरण में प्रवेश करती है। वायु ऊष्मा का कुचालक है, इसलिए आणविक तापीय चालकता वातावरण की केवल एक नगण्य (कुछ मीटर) निचली परत का ताप प्रदान कर सकती है। क्षोभमंडल को अशांत, जेट, भंवर मिश्रण द्वारा गर्म किया जाता है: पृथ्वी से सटे निचली परत की हवा गर्म होती है, जेट में ऊपर उठती है, और ऊपरी ठंडी हवा अपने स्थान पर उतरती है, जो गर्म भी होती है। इस तरह, गर्मी को मिट्टी से हवा में, एक परत से दूसरी परत में तेजी से स्थानांतरित किया जाता है।

अशांत ऊष्मा का प्रवाह महाद्वीपों पर अधिक और महासागरों पर कम होता है। यह उष्णकटिबंधीय रेगिस्तानों में अपने अधिकतम मूल्य तक पहुँच जाता है, प्रति वर्ष 60 किलो कैलोरी / सेमी 2 तक, भूमध्यरेखीय और उपोष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में यह घटकर 30-20 किलो कैलोरी / सेमी 2, और समशीतोष्ण में - 20-10 किलो कैलोरी / सेमी 2 प्रति वर्ष हो जाता है। महासागरों के एक बड़े क्षेत्र में, पानी प्रति वर्ष लगभग 5 kcal/cm2 वायुमंडल को देता है, और केवल उपध्रुवीय अक्षांशों में गल्फ स्ट्रीम और कुरोशिवो से हवा प्रति वर्ष 20-30 kcal/cm2 तक गर्मी प्राप्त करती है।

वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा के विपरीत, अशांत प्रवाह वायुमंडल द्वारा कमजोर रूप से बनाए रखा जाता है। रेगिस्तानों के ऊपर, यह ऊपर की ओर फैलता है और विलुप्त हो जाता है, यही कारण है कि रेगिस्तानी क्षेत्र वातावरण को ठंडा करने वाले क्षेत्रों के रूप में कार्य करते हैं।

महाद्वीपों की तापीय व्यवस्था उनकी भौगोलिक स्थिति के कारण भिन्न है। उत्तरी महाद्वीपों पर वाष्पीकरण के लिए गर्मी की लागत समशीतोष्ण क्षेत्र में उनकी स्थिति से निर्धारित होती है; अफ्रीका और ऑस्ट्रेलिया में - उनके बड़े क्षेत्रों की शुष्कता। सभी महासागरों में, वाष्पीकरण पर गर्मी का एक बड़ा हिस्सा खर्च किया जाता है। फिर इस गर्मी का कुछ हिस्सा महाद्वीपों में स्थानांतरित हो जाता है और उच्च अक्षांशों की जलवायु को इन्सुलेट करता है।

महाद्वीपों और महासागरों की सतह के बीच गर्मी हस्तांतरण का विश्लेषण हमें निम्नलिखित निष्कर्ष निकालने की अनुमति देता है:

1. दोनों गोलार्द्धों के भूमध्यरेखीय अक्षांशों में, वायुमंडल गर्म महासागरों से प्रति वर्ष 40 किलो कैलोरी / सेमी 2 तक गर्मी प्राप्त करता है।

2. महाद्वीपीय उष्णकटिबंधीय रेगिस्तानों से लगभग कोई गर्मी वायुमंडल में प्रवेश नहीं करती है।

3. शून्य संतुलन की रेखा 40 0 ​​अक्षांश के पास, उपोष्णकटिबंधीय से होकर गुजरती है।

4. समशीतोष्ण अक्षांशों में, विकिरण द्वारा ऊष्मा की खपत अवशोषित विकिरण से अधिक होती है; इसका मतलब यह है कि समशीतोष्ण अक्षांशों की जलवायु हवा का तापमान सौर द्वारा नहीं, बल्कि अनुकूली (निम्न अक्षांशों से लाया गया) ताप द्वारा निर्धारित किया जाता है।

5. पृथ्वी-वायुमंडल का विकिरण संतुलन भूमध्यरेखीय तल के सापेक्ष विषम है: उत्तरी गोलार्ध के ध्रुवीय अक्षांशों में यह 60 तक पहुँचता है, और इसी दक्षिणी अक्षांशों में - प्रति वर्ष केवल 20 किलो कैलोरी/सेमी 2; गर्मी को उत्तरी गोलार्ध में दक्षिणी की तुलना में लगभग 3 गुना अधिक तीव्रता से स्थानांतरित किया जाता है। पृथ्वी-वायुमंडल प्रणाली का संतुलन हवा के तापमान को निर्धारित करता है।

8.16. "महासागर-वायुमंडल-महाद्वीप" प्रणाली की बातचीत की प्रक्रिया में वातावरण का ताप और शीतलन

वायु द्वारा सौर किरणों का अवशोषण क्षोभमंडल की निचली किलोमीटर परत को 0.1 0 C से अधिक ऊष्मा नहीं देता है। वायुमंडल सीधे सूर्य से 1/3 से अधिक गर्मी प्राप्त नहीं करता है, और यह पृथ्वी की सतह से 2/3 को अवशोषित करता है और सबसे ऊपर, जलमंडल से, जो सतह से वाष्पित जल वाष्प के माध्यम से गर्मी को स्थानांतरित करता है। पानी का खोल।

सूर्य की किरणें जो ग्रह के गैस आवरण से गुज़री हैं, वे पृथ्वी की सतह पर अधिकांश स्थानों पर पानी से मिलती हैं: महासागरों पर, जल निकायों और भूमि दलदलों में, नम मिट्टी में और पौधों के पत्ते में। सौर विकिरण की तापीय ऊर्जा मुख्य रूप से वाष्पीकरण पर खर्च की जाती है। वाष्पित जल की प्रति इकाई खर्च की गई ऊष्मा की मात्रा को वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा कहते हैं। जब भाप संघनित होती है, तो वाष्पीकरण की गर्मी हवा में प्रवेश करती है और इसे गर्म करती है।

जल निकायों द्वारा सौर ताप को आत्मसात करना भूमि के ताप से भिन्न होता है। पानी की गर्मी क्षमता मिट्टी की तुलना में लगभग 2 गुना अधिक होती है। उतनी ही गर्मी के साथ, पानी मिट्टी की तुलना में दोगुना कमजोर रूप से गर्म होता है। ठंडा करने पर अनुपात उल्टा हो जाता है। यदि ठंडी हवा का द्रव्यमान गर्म समुद्र की सतह में प्रवेश करता है, तो गर्मी 5 किमी तक की परत में प्रवेश करती है। क्षोभमंडल का ताप वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा के कारण होता है।

अशांत वायु मिश्रण (यादृच्छिक, असमान, अराजक) संवहन धाराएँ बनाता है, जिसकी तीव्रता और दिशा इलाके की प्रकृति और वायु द्रव्यमान के ग्रहों के संचलन पर निर्भर करती है।

रुद्धोष्म प्रक्रिया की अवधारणा। वायु के ऊष्मीय शासन में एक महत्वपूर्ण भूमिका रुद्धोष्म प्रक्रिया की है।

रुद्धोष्म प्रक्रिया की अवधारणा। वायुमंडल के ऊष्मीय शासन में सबसे महत्वपूर्ण भूमिका रुद्धोष्म प्रक्रिया की है। अन्य माध्यमों के साथ ऊष्मा विनिमय के बिना, वायु का रुद्धोष्म ताप और शीतलन समान द्रव्यमान में होता है।

जब वायु क्षोभमंडल की ऊपरी या मध्य परतों से या पहाड़ों की ढलानों के साथ उतरती है, तो यह विरल परतों से सघन परतों में प्रवेश करती है, गैस के अणु एक दूसरे के पास पहुंचते हैं, उनके टकराव तेज होते हैं, और वायु के अणुओं की गति की गतिज ऊर्जा गर्मी में बदल जाती है। . वायु को अन्य वायुराशियों से या पृथ्वी की सतह से गर्मी प्राप्त किए बिना गर्म किया जाता है। रूद्धोष्म तापन होता है, उदाहरण के लिए, उष्ण कटिबंधीय क्षेत्र में, रेगिस्तानों के ऊपर और समान अक्षांशों में महासागरों के ऊपर। वायु का रुद्धोष्म ताप इसके शुष्कन के साथ होता है (जो उष्ण कटिबंधीय क्षेत्र में मरुस्थलों के बनने का मुख्य कारण है)।

आरोही धाराओं में वायु रूद्धोष्म रूप से ठंडी होती है। घने निचले क्षोभमंडल से, यह दुर्लभ मध्य और ऊपरी क्षोभमंडल तक उगता है। उसी समय, इसका घनत्व कम हो जाता है, अणु एक दूसरे से दूर चले जाते हैं, कम बार टकराते हैं, गर्म सतह से हवा द्वारा प्राप्त तापीय ऊर्जा गतिज ऊर्जा में बदल जाती है, गैस के विस्तार के लिए यांत्रिक कार्यों पर खर्च की जाती है। यह ऊपर उठने पर हवा के ठंडा होने की व्याख्या करता है।

शुष्क हवा रूद्धोष्म रूप से 1 0 C प्रति 100 मीटर ऊंचाई पर ठंडी होती है, यह एक रुद्धोष्म प्रक्रिया है। हालांकि, प्राकृतिक हवा में जल वाष्प होता है, जो गर्मी छोड़ने के लिए संघनित होता है। इसलिए, वास्तव में, तापमान 0.6 0 सी प्रति 100 मीटर (या 6 0 सी प्रति 1 किमी ऊंचाई) तक गिर जाता है। यह एक गीली रुद्धोष्म प्रक्रिया है।

कम करते समय, शुष्क और आर्द्र हवा दोनों समान रूप से गर्म होती हैं, क्योंकि इस मामले में नमी संघनन नहीं होता है और वाष्पीकरण की गुप्त गर्मी नहीं निकलती है।

भूमि के थर्मल शासन की सबसे स्पष्ट रूप से विशिष्ट विशेषताएं रेगिस्तान में प्रकट होती हैं: सौर विकिरण का एक बड़ा हिस्सा उनकी उज्ज्वल सतह से परिलक्षित होता है, वाष्पीकरण पर गर्मी खर्च नहीं होती है, और शुष्क चट्टानों को गर्म करने के लिए जाती है। उनसे दिन के दौरान हवा को उच्च तापमान तक गर्म किया जाता है। शुष्क हवा में, गर्मी रुकती नहीं है और ऊपरी वायुमंडल और इंटरप्लेनेटरी स्पेस में स्वतंत्र रूप से विकीर्ण होती है। ग्रहीय पैमाने पर रेगिस्तान वातावरण के लिए शीतलन खिड़कियों के रूप में भी काम करते हैं।

विभिन्न पृथ्वी सतहों के ताप और शीतलन की डिग्री का सही आकलन करने के लिए, वाष्पीकरण की गणना करें, मिट्टी में नमी की मात्रा में परिवर्तन का निर्धारण करें, ठंड की भविष्यवाणी के लिए तरीके विकसित करें, और जलवायु परिस्थितियों पर सुधार कार्य के प्रभाव का मूल्यांकन भी करें। सतही वायु परत, पृथ्वी की सतह के ताप संतुलन पर डेटा की आवश्यकता होती है।

शॉर्ट-वेव और लॉन्ग-वेव रेडिएशन के विभिन्न प्रवाहों के संपर्क में आने के परिणामस्वरूप पृथ्वी की सतह लगातार गर्मी प्राप्त करती है और खोती है। अधिक या कम हद तक कुल विकिरण और काउंटर विकिरण को अवशोषित करते हुए, पृथ्वी की सतह गर्म हो जाती है और लंबी-तरंग विकिरण उत्सर्जित करती है, जिसका अर्थ है कि यह गर्मी खो देता है। पृथ्वी की गर्मी के नुकसान को दर्शाने वाला मूल्य
सतह प्रभावी विकिरण है। यह पृथ्वी की सतह के स्वयं के विकिरण और वायुमंडल के प्रति विकिरण के बीच के अंतर के बराबर है। चूँकि वायुमंडल का प्रति-विकिरण हमेशा पृथ्वी की तुलना में कुछ कम होता है, यह अंतर धनात्मक होता है। दिन के समय, प्रभावी विकिरण अवशोषित लघु-तरंग विकिरण द्वारा अवरुद्ध हो जाता है। रात में, लघु-तरंग सौर विकिरण की अनुपस्थिति में, प्रभावी विकिरण पृथ्वी की सतह के तापमान को कम कर देता है। बादल के मौसम में, वातावरण के काउंटर विकिरण में वृद्धि के कारण, प्रभावी विकिरण स्पष्ट मौसम की तुलना में बहुत कम होता है। पृथ्वी की सतह का कम और रात में ठंडा होना। मध्य अक्षांशों में, पृथ्वी की सतह प्रभावी विकिरण के माध्यम से अवशोषित विकिरण से प्राप्त होने वाली गर्मी की लगभग आधी मात्रा खो देती है।

विकिरण ऊर्जा के आगमन और खपत का अनुमान पृथ्वी की सतह के विकिरण संतुलन के मूल्य से लगाया जाता है। यह अवशोषित और प्रभावी विकिरण के बीच के अंतर के बराबर है, पृथ्वी की सतह की तापीय स्थिति इस पर निर्भर करती है - इसका ताप या शीतलन। दिन के दौरान, यह लगभग हर समय सकारात्मक रहता है, यानी गर्मी इनपुट खपत से अधिक है। रात में, विकिरण संतुलन नकारात्मक होता है और प्रभावी विकिरण के बराबर होता है। उच्चतम अक्षांशों को छोड़कर, पृथ्वी की सतह के विकिरण संतुलन के वार्षिक मूल्य हर जगह सकारात्मक हैं। यह अतिरिक्त ऊष्मा अशांत ऊष्मा चालन द्वारा वातावरण को गर्म करने, वाष्पीकरण पर और मिट्टी या पानी की गहरी परतों के साथ ऊष्मा विनिमय पर खर्च होती है।

यदि हम लंबी अवधि (एक वर्ष या बेहतर कई वर्षों) के लिए तापमान की स्थिति पर विचार करें, तो पृथ्वी की सतह, वायुमंडल अलग से और "पृथ्वी-वायुमंडल" प्रणाली थर्मल संतुलन की स्थिति में हैं। उनका औसत तापमान साल-दर-साल थोड़ा बदलता रहता है। ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार, हम यह मान सकते हैं कि पृथ्वी की सतह पर आने वाले और इसे छोड़ने वाले ऊष्मा प्रवाहों का बीजगणितीय योग शून्य के बराबर होता है। यह पृथ्वी की सतह के ताप संतुलन का समीकरण है। इसका अर्थ यह है कि पृथ्वी की सतह का विकिरण संतुलन गैर-विकिरणीय ताप हस्तांतरण द्वारा संतुलित होता है। गर्मी संतुलन समीकरण, एक नियम के रूप में, (उनके छोटे होने के कारण) को ध्यान में नहीं रखता है जैसे कि वर्षा द्वारा की गई गर्मी, प्रकाश संश्लेषण के लिए ऊर्जा की खपत, बायोमास ऑक्सीकरण से गर्मी का लाभ, साथ ही बर्फ या बर्फ पिघलने के लिए गर्मी की खपत। , ठंडे पानी से गर्मी का लाभ।

एक लंबी अवधि के लिए "पृथ्वी-वायुमंडल" प्रणाली का थर्मल संतुलन भी शून्य के बराबर है, अर्थात, एक ग्रह के रूप में पृथ्वी तापीय संतुलन में है: वायुमंडल की ऊपरी सीमा पर पहुंचने वाला सौर विकिरण विकिरण छोड़ने से संतुलित होता है वायुमंडल की ऊपरी सीमा से वायुमंडल।

अगर हम ऊपरी सीमा पर आने वाली हवा को 100% मान लें, तो इस राशि का 32% वायुमंडल में नष्ट हो जाता है। इनमें से 6% वापस विश्व अंतरिक्ष में चला जाता है। नतीजतन, 26% पृथ्वी की सतह पर बिखरे हुए विकिरण के रूप में आता है; 18% विकिरण ओजोन, एरोसोल द्वारा अवशोषित किया जाता है और वातावरण को गर्म करने के लिए उपयोग किया जाता है; 5% बादलों द्वारा अवशोषित होता है; 21% विकिरण बादलों से परावर्तन के परिणामस्वरूप अंतरिक्ष में भाग जाता है। इस प्रकार, पृथ्वी की सतह पर आने वाला विकिरण 50% है, जिसमें प्रत्यक्ष विकिरण 24% है; 47% पृथ्वी की सतह द्वारा अवशोषित किया जाता है, और आने वाले विकिरण का 3% वापस अंतरिक्ष में परावर्तित हो जाता है। नतीजतन, 30% सौर विकिरण वायुमंडल की ऊपरी सीमा से बाहरी अंतरिक्ष में भाग जाता है। इस मान को पृथ्वी का ग्रहीय ऐल्बिडो कहते हैं। पृथ्वी-वायुमंडल प्रणाली के लिए, 30% परावर्तित और बिखरे हुए सौर विकिरण, 5% स्थलीय विकिरण और 65% वायुमंडलीय विकिरण, यानी केवल 100%, वायुमंडल की ऊपरी सीमा के माध्यम से अंतरिक्ष में वापस जाते हैं।

आइए पहले हम पृथ्वी की सतह की ऊष्मीय स्थितियों और मिट्टी और जल निकायों की सबसे ऊपरी परतों पर विचार करें। यह आवश्यक है क्योंकि वायुमंडल की निचली परतों को मिट्टी और पानी की ऊपरी परतों के साथ विकिरण और गैर-विकिरणकारी ताप विनिमय द्वारा सबसे अधिक गर्म और ठंडा किया जाता है। इसलिए, वायुमंडल की निचली परतों में तापमान परिवर्तन मुख्य रूप से पृथ्वी की सतह के तापमान में परिवर्तन से निर्धारित होता है और इन परिवर्तनों का पालन करता है।

पृथ्वी की सतह, यानी मिट्टी या पानी की सतह (साथ ही वनस्पति, बर्फ, बर्फ का आवरण), लगातार विभिन्न तरीकों से गर्मी प्राप्त करती है और खोती है। पृथ्वी की सतह के माध्यम से, ऊष्मा को ऊपर की ओर - वायुमंडल में और नीचे की ओर - मिट्टी या पानी में स्थानांतरित किया जाता है।

सबसे पहले, वायुमंडल का कुल विकिरण और प्रति विकिरण पृथ्वी की सतह में प्रवेश करते हैं। वे सतह द्वारा अधिक या कम मात्रा में अवशोषित होते हैं, अर्थात, वे मिट्टी और पानी की ऊपरी परतों को गर्म करने के लिए जाते हैं। उसी समय, पृथ्वी की सतह स्वयं विकिरण करती है और इस प्रक्रिया में गर्मी खो देती है।

दूसरे, ऊष्मा पृथ्वी की सतह पर ऊपर से, वातावरण से, चालन द्वारा आती है। उसी तरह, गर्मी पृथ्वी की सतह से वायुमंडल में चली जाती है। चालन द्वारा, ऊष्मा भी पृथ्वी की सतह को मिट्टी और पानी में छोड़ देती है, या मिट्टी और पानी की गहराई से पृथ्वी की सतह पर आ जाती है।

तीसरा, पृथ्वी की सतह गर्मी प्राप्त करती है जब जल वाष्प हवा से संघनित होता है या इसके विपरीत, जब पानी वाष्पित हो जाता है तो गर्मी खो देता है। पहले मामले में, गुप्त गर्मी जारी की जाती है, दूसरे मामले में, गर्मी एक गुप्त अवस्था में जाती है।

किसी भी समय में, पृथ्वी की सतह से उतनी ही गर्मी ऊपर और नीचे जाती है जितनी इस दौरान ऊपर और नीचे से प्राप्त होती है। यदि ऐसा नहीं होता, तो ऊर्जा संरक्षण का नियम पूरा नहीं होता: यह मान लेना आवश्यक होगा कि पृथ्वी की सतह पर ऊर्जा उत्पन्न होती है या गायब हो जाती है। हालांकि, यह संभव है कि, उदाहरण के लिए, ऊपर से आने वाली गर्मी की तुलना में अधिक गर्मी जा सकती है; इस मामले में, अतिरिक्त गर्मी हस्तांतरण को मिट्टी या पानी की गहराई से सतह पर गर्मी के आगमन से कवर किया जाना चाहिए।

तो, पृथ्वी की सतह पर गर्मी की सभी आय और व्यय का बीजगणितीय योग शून्य के बराबर होना चाहिए। यह पृथ्वी की सतह के ताप संतुलन के समीकरण द्वारा व्यक्त किया जाता है।

इस समीकरण को लिखने के लिए, सबसे पहले, हम अवशोषित विकिरण और प्रभावी विकिरण को विकिरण संतुलन में जोड़ते हैं।

हवा से गर्मी का आगमन या तापीय चालन द्वारा हवा में इसकी वापसी को पी द्वारा दर्शाया जाएगा। मिट्टी या पानी की गहरी परतों के साथ हीट एक्सचेंज द्वारा समान आय या खपत को ए कहा जाएगा। वाष्पीकरण के दौरान गर्मी का नुकसान या इसकी पृथ्वी की सतह पर संघनन के दौरान आगमन को एलई द्वारा निरूपित किया जाएगा, जहां एल वाष्पीकरण की गर्मी विशिष्ट है और ई वाष्पित या संघनित पानी का द्रव्यमान है।

यह भी कहा जा सकता है कि समीकरण का अर्थ यह है कि पृथ्वी की सतह पर विकिरण संतुलन गैर-विकिरणीय गर्मी हस्तांतरण द्वारा संतुलित होता है (चित्र 5.1)।

समीकरण (1) कई वर्षों सहित किसी भी अवधि के लिए वैध है।

तथ्य यह है कि पृथ्वी की सतह का गर्मी संतुलन शून्य है इसका मतलब यह नहीं है कि सतह का तापमान नहीं बदलता है। जब ऊष्मा स्थानांतरण को नीचे की ओर निर्देशित किया जाता है, तो ऊष्मा जो ऊपर से सतह पर आती है और उसे गहराई में छोड़ देती है, वह काफी हद तक मिट्टी या पानी की सबसे ऊपरी परत (तथाकथित सक्रिय परत में) में रहती है। इस परत का तापमान और इसलिए पृथ्वी की सतह का तापमान भी बढ़ जाता है। इसके विपरीत, जब ऊष्मा को पृथ्वी की सतह से नीचे से ऊपर की ओर वायुमंडल में स्थानांतरित किया जाता है, तो गर्मी मुख्य रूप से सक्रिय परत से निकल जाती है, जिसके परिणामस्वरूप सतह का तापमान गिर जाता है।

दिन-प्रतिदिन और साल-दर-साल, सक्रिय परत का औसत तापमान और किसी भी स्थान पर पृथ्वी की सतह में थोड़ा अंतर होता है। इसका मतलब यह है कि दिन के दौरान लगभग उतनी ही गर्मी मिट्टी या पानी की गहराई में प्रवेश करती है जितनी रात में छोड़ती है। लेकिन फिर भी, गर्मी के दिनों में, गर्मी नीचे की तुलना में थोड़ी अधिक नीचे जाती है। इसलिए, मिट्टी और पानी की परतें, और इसलिए उनकी सतह दिन-ब-दिन गर्म होती जाती हैं। सर्दियों में, रिवर्स प्रक्रिया होती है। गर्मी इनपुट में ये मौसमी परिवर्तन - मिट्टी और पानी में गर्मी की खपत लगभग साल भर संतुलित रहती है, और पृथ्वी की सतह और सक्रिय परत का औसत वार्षिक तापमान साल-दर-साल थोड़ा भिन्न होता है।

पृथ्वी का ताप संतुलन- पृथ्वी की सतह पर, वायुमंडल में और पृथ्वी-वायुमंडल प्रणाली में ऊर्जा (उज्ज्वल और तापीय) की आय और खपत का अनुपात। वायुमंडल, जलमंडल और स्थलमंडल की ऊपरी परतों में भारी मात्रा में भौतिक, रासायनिक और जैविक प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत सौर विकिरण है, इसलिए गर्मी संतुलन के घटकों का वितरण और अनुपात इन में इसके परिवर्तनों की विशेषता है। गोले

ऊष्मा संतुलन ऊर्जा के संरक्षण के नियम का एक विशेष सूत्रीकरण है और इसे पृथ्वी की सतह (पृथ्वी की सतह का ताप संतुलन) के एक भाग के लिए संकलित किया जाता है; वायुमंडल से गुजरने वाले एक ऊर्ध्वाधर स्तंभ के लिए (वायुमंडल का ताप संतुलन); वायुमंडल और लिथोस्फीयर या जलमंडल (पृथ्वी-वायुमंडल प्रणाली का थर्मल संतुलन) की ऊपरी परतों से गुजरने वाले एक ही स्तंभ के लिए।

पृथ्वी की सतह के ताप संतुलन के लिए समीकरण:

आर + पी + एफ0 + एलई = 0. (15)

पृथ्वी की सतह के एक तत्व और आसपास के स्थान के बीच ऊर्जा प्रवाह के बीजगणितीय योग का प्रतिनिधित्व करता है। इस सूत्र में:

आर - विकिरण संतुलन, पृथ्वी की सतह से अवशोषित लघु-तरंग सौर विकिरण और दीर्घ-तरंग प्रभावी विकिरण के बीच का अंतर।

पी गर्मी प्रवाह है जो अंतर्निहित सतह और वायुमंडल के बीच होता है;

F0 - पृथ्वी की सतह और स्थलमंडल या जलमंडल की गहरी परतों के बीच ऊष्मा का प्रवाह देखा जाता है;

एलई - वाष्पीकरण के लिए गर्मी की खपत, जिसे वाष्पित पानी ई के द्रव्यमान और वाष्पीकरण की गर्मी एल गर्मी संतुलन के उत्पाद के रूप में परिभाषित किया गया है

इन धाराओं में विकिरण संतुलन (या अवशिष्ट विकिरण) R शामिल है - अवशोषित लघु-तरंग सौर विकिरण और पृथ्वी की सतह से दीर्घ-तरंग प्रभावी विकिरण के बीच का अंतर। विकिरण संतुलन के सकारात्मक या नकारात्मक मूल्य की भरपाई कई ऊष्मा प्रवाहों द्वारा की जाती है। चूँकि पृथ्वी की सतह का तापमान आमतौर पर हवा के तापमान के बराबर नहीं होता है, एक ऊष्मा प्रवाह P अंतर्निहित सतह और वायुमंडल के बीच उत्पन्न होता है। इसी तरह का ऊष्मा प्रवाह F0 पृथ्वी की सतह और स्थलमंडल या जलमंडल की गहरी परतों के बीच मनाया जाता है। इस मामले में, मिट्टी में गर्मी का प्रवाह आणविक तापीय चालकता द्वारा निर्धारित किया जाता है, जबकि जल निकायों में, गर्मी हस्तांतरण, एक नियम के रूप में, अधिक या कम हद तक एक अशांत चरित्र होता है। जलाशय की सतह और इसकी गहरी परतों के बीच ऊष्मा प्रवाह F0 संख्यात्मक रूप से एक निश्चित समय अंतराल में जलाशय की गर्मी सामग्री में परिवर्तन और जलाशय में धाराओं द्वारा गर्मी हस्तांतरण के बराबर है। पृथ्वी की सतह के ऊष्मा संतुलन में, वाष्पीकरण LE के लिए ऊष्मा की खपत आमतौर पर महत्वपूर्ण महत्व की होती है, जिसे वाष्पित पानी E के द्रव्यमान और वाष्पीकरण L की गर्मी के उत्पाद के रूप में परिभाषित किया जाता है। LE का मान नमी पर निर्भर करता है पृथ्वी की सतह, उसका तापमान, वायु आर्द्रता और सतह वायु परत में अशांत गर्मी हस्तांतरण की तीव्रता, जो पृथ्वी की सतह से वायुमंडल में जल वाष्प के हस्तांतरण की दर निर्धारित करती है।

वायुमंडल ताप संतुलन समीकरण का रूप है:

रा + एलआर + पी + एफए = W, (16)

जहां W वायुमंडलीय स्तंभ की ऊर्ध्वाधर दीवार के अंदर गर्मी की मात्रा में परिवर्तन है।

वायुमंडल का ताप संतुलन इसके विकिरण संतुलन रा से बना है; वायुमंडल में पानी के चरण परिवर्तन के दौरान गर्मी इनपुट या आउटपुट एलआर (आर वर्षा का योग है); पृथ्वी की सतह के साथ वायुमंडल के अशांत ताप विनिमय के कारण ऊष्मा P का आगमन या उपभोग; गर्मी लाभ या हानि फा स्तंभ की ऊर्ध्वाधर दीवारों के माध्यम से गर्मी विनिमय के कारण होता है, जो आदेशित वायुमंडलीय गति और मैक्रोटर्ब्यूलेंस से जुड़ा होता है। इसके अलावा, वायुमंडल के ताप संतुलन के समीकरण में W शब्द शामिल है, जो स्तंभ के अंदर गर्मी सामग्री में परिवर्तन के बराबर है।

पृथ्वी-वायुमंडल प्रणाली के लिए ऊष्मा संतुलन समीकरण पृथ्वी की सतह और वायुमंडल के ताप संतुलन के समीकरणों की शर्तों के बीजगणितीय योग से मेल खाता है। दुनिया के विभिन्न क्षेत्रों के लिए पृथ्वी की सतह और वायुमंडल के ताप संतुलन के घटक मौसम संबंधी टिप्पणियों (एक्टिनोमेट्रिक स्टेशनों पर, विशेष ताप संतुलन स्टेशनों पर, पृथ्वी के मौसम संबंधी उपग्रहों पर) या जलवायु संबंधी गणनाओं द्वारा निर्धारित किए जाते हैं।

महासागरों, भूमि और पृथ्वी के लिए पृथ्वी की सतह के ताप संतुलन के घटकों का औसत अक्षांशीय मान और वातावरण का ऊष्मा संतुलन तालिकाओं में दिया जाता है, जहाँ ऊष्मा संतुलन की शर्तों के मूल्यों पर विचार किया जाता है सकारात्मक अगर वे गर्मी के आगमन के अनुरूप हैं। चूंकि ये तालिकाएं औसत वार्षिक स्थितियों को संदर्भित करती हैं, इसलिए इनमें वातावरण की गर्मी सामग्री और स्थलमंडल की ऊपरी परतों में परिवर्तन को दर्शाने वाले शब्द शामिल नहीं हैं, क्योंकि इन स्थितियों के लिए वे शून्य के करीब हैं।

एक ग्रह के रूप में पृथ्वी के लिए, वायुमंडल के साथ, ऊष्मा संतुलन आरेख अंजीर में दिखाया गया है। वायुमंडल की बाहरी सीमा की एक इकाई सतह प्रति वर्ष औसतन लगभग 250 किलो कैलोरी / सेमी 2 के बराबर सौर विकिरण प्रवाह प्राप्त करती है, जिसमें से लगभग 1/3 विश्व अंतरिक्ष में और 167 किलो कैलोरी / सेमी 2 प्रति वर्ष परिलक्षित होता है। पृथ्वी द्वारा अवशोषित किया जाता है

गर्मी विनिमयगैर-समान तापमान क्षेत्र के कारण अंतरिक्ष में गर्मी हस्तांतरण की सहज अपरिवर्तनीय प्रक्रिया। सामान्य स्थिति में, गर्मी हस्तांतरण अन्य भौतिक मात्राओं के क्षेत्रों की असमानता के कारण भी हो सकता है, उदाहरण के लिए, सांद्रता में अंतर (प्रसार थर्मल प्रभाव)। गर्मी हस्तांतरण तीन प्रकार के होते हैं: तापीय चालकता, संवहन और उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण (व्यावहारिक रूप से, गर्मी हस्तांतरण आमतौर पर सभी 3 प्रकारों द्वारा एक साथ किया जाता है)। गर्मी हस्तांतरण प्रकृति में कई प्रक्रियाओं को निर्धारित करता है या उनके साथ होता है (उदाहरण के लिए, सितारों और ग्रहों का विकास, पृथ्वी की सतह पर मौसम संबंधी प्रक्रियाएं, आदि)। प्रौद्योगिकी और रोजमर्रा की जिंदगी में। कई मामलों में, उदाहरण के लिए, सुखाने, बाष्पीकरणीय शीतलन, प्रसार की प्रक्रियाओं का अध्ययन करते समय, बड़े पैमाने पर स्थानांतरण के साथ गर्मी हस्तांतरण पर विचार किया जाता है। दो शीतलक के बीच एक ठोस दीवार के माध्यम से या उनके बीच इंटरफेस के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण को गर्मी हस्तांतरण कहा जाता है।

ऊष्मीय चालकताशरीर के अधिक गर्म भागों से कम गर्म भागों में गर्मी हस्तांतरण (माइक्रोपार्टिकल्स की थर्मल गति की ऊर्जा) में से एक, जिससे तापमान बराबर हो जाता है। तापीय चालकता के साथ, शरीर में ऊर्जा का हस्तांतरण कणों (अणुओं, परमाणुओं, इलेक्ट्रॉनों) से ऊर्जा के प्रत्यक्ष हस्तांतरण के परिणामस्वरूप किया जाता है, जिसमें कम ऊर्जा वाले कणों में अधिक ऊर्जा होती है। यदि कणों के औसत मुक्त पथ की दूरी पर तापीय चालकता तापमान में सापेक्ष परिवर्तन छोटा है, तो तापीय चालकता (फूरियर कानून) का मूल नियम संतुष्ट है: गर्मी प्रवाह घनत्व q तापमान ढाल ग्रेड टी के समानुपाती है , यानी (17)

जहां तापीय चालकता है, या केवल तापीय चालकता, ग्रेड टी पर निर्भर नहीं है [λ पदार्थ की कुल स्थिति (तालिका देखें), इसकी परमाणु और आणविक संरचना, तापमान और दबाव, संरचना (एक के मामले में) पर निर्भर करता है मिश्रण या घोल)।

समीकरण के दाईं ओर ऋण चिह्न इंगित करता है कि ऊष्मा प्रवाह की दिशा और तापमान प्रवणता परस्पर विपरीत हैं।

क्यू मान का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र एफ के अनुपात को विशिष्ट ताप प्रवाह या ताप भार कहा जाता है और इसे अक्षर q द्वारा दर्शाया जाता है।

(18)

760 मिमी एचजी के वायुमंडलीय दबाव पर कुछ गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों के लिए तापीय चालकता गुणांक के मूल्यों को तालिकाओं से चुना जाता है।

गर्मी का हस्तांतरण।दो शीतलकों के बीच एक ठोस दीवार के माध्यम से या उनके बीच इंटरफेस के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण। गर्मी हस्तांतरण में एक गर्म तरल पदार्थ से दीवार तक गर्मी हस्तांतरण, दीवार में तापीय चालकता, दीवार से गर्मी हस्तांतरण एक ठंडे चलने वाले माध्यम में शामिल है। गर्मी हस्तांतरण के दौरान गर्मी हस्तांतरण की तीव्रता एक गर्मी हस्तांतरण गुणांक k द्वारा विशेषता है, संख्यात्मक रूप से गर्मी की मात्रा के बराबर होती है जो 1 K के तरल पदार्थ के बीच तापमान अंतर पर दीवार की सतह की एक इकाई के माध्यम से प्रति इकाई समय में स्थानांतरित होती है; आयाम k - W/(m2․K) [kcal/m2․°С)]। मान R, ऊष्मा अंतरण गुणांक का व्युत्क्रम, कुल तापीय प्रतिरोध ऊष्मा अंतरण कहलाता है। उदाहरण के लिए, एकल परत वाली दीवार का R

,

जहां α1 और α2 गर्म तरल से दीवार की सतह तक और दीवार की सतह से ठंडे तरल में गर्मी हस्तांतरण गुणांक हैं; - दीवार की मोटाई; तापीय चालकता का गुणांक है। व्यवहार में आने वाले ज्यादातर मामलों में, गर्मी हस्तांतरण गुणांक अनुभवजन्य रूप से निर्धारित किया जाता है। इस मामले में, प्राप्त परिणामों को समानता सिद्धांत विधियों द्वारा संसाधित किया जाता है

दीप्तिमान गर्मी हस्तांतरण -विकिरण गर्मी हस्तांतरण पदार्थ की आंतरिक ऊर्जा को विकिरण ऊर्जा में बदलने, विकिरण ऊर्जा के हस्तांतरण और पदार्थ द्वारा इसके अवशोषण की प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप किया जाता है। दीप्तिमान ऊष्मा हस्तांतरण की प्रक्रियाओं का निर्धारण ऊष्मा का आदान-प्रदान करने वाले पिंडों के स्थान में पारस्परिक व्यवस्था, इन पिंडों को अलग करने वाले माध्यम के गुणों द्वारा निर्धारित किया जाता है। उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण और अन्य प्रकार के गर्मी हस्तांतरण (थर्मल चालन, संवहनी गर्मी हस्तांतरण) के बीच आवश्यक अंतर यह है कि यह गर्मी हस्तांतरण सतहों को अलग करने वाले भौतिक माध्यम की अनुपस्थिति में भी हो सकता है, क्योंकि यह एक परिणाम के रूप में किया जाता है विद्युत चुम्बकीय विकिरण का प्रसार।

एक अपारदर्शी शरीर की सतह पर उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया में उज्ज्वल ऊर्जा घटना और घटना विकिरण प्रवाह Qinc के मूल्य द्वारा विशेषता आंशिक रूप से शरीर द्वारा अवशोषित होती है और आंशिक रूप से इसकी सतह से परिलक्षित होती है (चित्र देखें)।

अवशोषित विकिरण Qabs का प्रवाह संबंध द्वारा निर्धारित किया जाता है:

कब्स \u003d एक क़पैड, (20)

जहां ए शरीर की अवशोषण क्षमता है। इस तथ्य के कारण कि एक अपारदर्शी शरीर के लिए

क़फ़ल \u003d क़ब + क़तर, (21)

जहां Qotr शरीर की सतह से परावर्तित विकिरण का प्रवाह है, यह अंतिम मान इसके बराबर है:

क़तर \u003d (1 - ए) क्यूपैड, (22)

जहाँ 1 - A \u003d R शरीर की परावर्तनशीलता है। यदि किसी पिंड की अवशोषण क्षमता 1 है, और इसलिए इसकी परावर्तनशीलता 0 है, अर्थात शरीर उस पर सभी ऊर्जा को अवशोषित करता है, तो इसे एक बिल्कुल काला शरीर कहा जाता है। कोई भी शरीर जिसका तापमान परम शून्य से भिन्न होता है, ऊर्जा का उत्सर्जन करता है शरीर को गर्म करने के लिए। इस विकिरण को शरीर का अपना विकिरण कहा जाता है और यह अपने स्वयं के विकिरण Qe के प्रवाह की विशेषता है। शरीर की इकाई सतह से संबंधित स्व-विकिरण को अपने स्वयं के विकिरण का प्रवाह घनत्व, या शरीर की उत्सर्जन कहा जाता है। उत्तरार्द्ध, विकिरण के स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन कानून के अनुसार, शरीर के तापमान के लिए चौथी शक्ति के समानुपाती होता है। एक ही तापमान पर किसी पिंड की उत्सर्जकता और पूरी तरह से काले शरीर की उत्सर्जकता के अनुपात को कालेपन की डिग्री कहा जाता है। सभी निकायों के लिए, कालेपन की डिग्री 1 से कम है। यदि किसी शरीर के लिए यह विकिरण की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर नहीं करता है, तो ऐसे शरीर को ग्रे कहा जाता है। तरंग दैर्ध्य पर एक भूरे रंग के शरीर की विकिरण ऊर्जा के वितरण की प्रकृति बिल्कुल काले शरीर की तरह ही होती है, यानी, यह प्लैंक के विकिरण के नियम द्वारा वर्णित है। एक धूसर शरीर के कालेपन की डिग्री उसकी अवशोषण क्षमता के बराबर होती है।

प्रणाली में प्रवेश करने वाले किसी भी पिंड की सतह परावर्तित विकिरण Qotr और अपने स्वयं के विकिरण Qcob के प्रवाह का उत्सर्जन करती है; शरीर की सतह से निकलने वाली ऊर्जा की कुल मात्रा को प्रभावी विकिरण प्रवाह Qeff कहा जाता है और यह संबंध द्वारा निर्धारित किया जाता है:

Qeff \u003d Qotr + Qcob। (23)

शरीर द्वारा अवशोषित ऊर्जा का एक हिस्सा अपने स्वयं के विकिरण के रूप में सिस्टम में वापस आ जाता है, इसलिए उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण के परिणाम को अपने स्वयं के प्रवाह और अवशोषित विकिरण के बीच अंतर के रूप में दर्शाया जा सकता है। मूल्य

क्यूपेज़ \u003d क्यूकोब - कब्स (24)

परिणामी विकिरण प्रवाह कहा जाता है और यह दर्शाता है कि उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण के परिणामस्वरूप शरीर प्रति यूनिट समय में कितनी ऊर्जा प्राप्त करता है या खो देता है। परिणामी विकिरण प्रवाह को इस प्रकार भी व्यक्त किया जा सकता है

क्यूपेज़ \u003d क्यूफ़ - क्यूपैड, (25)

अर्थात्, शरीर की सतह पर कुल खपत और विकिरण ऊर्जा के कुल आगमन के बीच के अंतर के रूप में। इसलिए, दिया गया है कि

क्यूपैड = (क्यूकोब - क्यूपेज़) / ए, (26)

हम एक अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं जो व्यापक रूप से उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण की गणना में उपयोग की जाती है:

रेडिएंट हीट ट्रांसफर की गणना का कार्य, एक नियम के रूप में, किसी दिए गए सिस्टम में शामिल सभी सतहों पर परिणामी विकिरण प्रवाह को खोजने के लिए है, यदि इन सभी सतहों के तापमान और ऑप्टिकल विशेषताओं को जाना जाता है। इस समस्या को हल करने के लिए, अंतिम संबंध के अलावा, किसी दी गई सतह पर फ्लक्स Qinc और रेडिएंट हीट एक्सचेंज सिस्टम में शामिल सभी सतहों पर फ्लक्स Qeff के बीच संबंध का पता लगाना आवश्यक है। इस संबंध को खोजने के लिए, विकिरण के औसत कोणीय गुणांक की अवधारणा का उपयोग किया जाता है, जो दर्शाता है कि रेडिएंट हीट एक्सचेंज सिस्टम में शामिल एक निश्चित सतह के गोलार्द्ध (अर्थात, गोलार्ध के भीतर सभी दिशाओं में उत्सर्जित) विकिरण का अनुपात किस पर पड़ता है यह सतह। इस प्रकार, रेडिएंट हीट एक्सचेंज सिस्टम में शामिल किसी भी सतह पर फ्लक्स Qफॉल को सभी सतहों के उत्पादों Qeff के योग के रूप में परिभाषित किया गया है (दिए गए एक सहित, यदि यह अवतल है) और विकिरण के संबंधित कोणीय गुणांक।

दीप्तिमान गर्मी हस्तांतरण लगभग 1000 डिग्री सेल्सियस और उससे अधिक के तापमान पर होने वाली गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है: धातु विज्ञान, थर्मल पावर इंजीनियरिंग, परमाणु ऊर्जा इंजीनियरिंग, रॉकेट प्रौद्योगिकी, रासायनिक प्रौद्योगिकी, सुखाने की तकनीक और सौर प्रौद्योगिकी में।

पृथ्वी वायुमंडल में और विशेष रूप से पृथ्वी की सतह पर लघु-तरंग सौर विकिरण को अवशोषित करके गर्मी प्राप्त करती है। सौर विकिरण व्यावहारिक रूप से "वायुमंडल-पृथ्वी" प्रणाली में गर्मी का एकमात्र स्रोत है। अन्य ऊष्मा स्रोत (पृथ्वी के अंदर रेडियोधर्मी तत्वों के क्षय के दौरान निकलने वाली ऊष्मा, गुरुत्वाकर्षण ऊष्मा, आदि) कुल मिलाकर सौर विकिरण से वायुमंडल की ऊपरी सीमा में प्रवेश करने वाली ऊष्मा का केवल एक पाँच हज़ारवां हिस्सा देते हैं इसलिए और गर्मी संतुलन का संकलन करते समय समीकरण, उन्हें अनदेखा किया जा सकता है।

विश्व अंतरिक्ष को छोड़कर शॉर्ट-वेव विकिरण के साथ गर्मी खो जाती है, वायुमंडल सोआ और पृथ्वी की सतह एसओपी से परावर्तित होती है, और लंबी-तरंग विकिरण ई के प्रभावी विकिरण के कारण पृथ्वी की सतह और वायुमंडल के विकिरण a।

इस प्रकार, वायुमंडल की ऊपरी सीमा पर, एक ग्रह के रूप में पृथ्वी के ताप संतुलन में दीप्तिमान (विकिरणकारी) ऊष्मा अंतरण होता है:

एसओ - सोआ - सोप - ईई - ईए =? से, (1)

कहाँ? से, समय की अवधि में "वायुमंडल - पृथ्वी" प्रणाली की गर्मी सामग्री में परिवर्तन? टी।

वार्षिक अवधि के लिए इस समीकरण की शर्तों पर विचार करें। सूर्य से पृथ्वी की औसत दूरी पर सौर विकिरण का प्रवाह लगभग 42.6-10° J/(m2-year) के बराबर होता है। इस प्रवाह से, पृथ्वी को सौर स्थिरांक I0 और पृथ्वी के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र pR2, यानी I0 pR2 के उत्पाद के बराबर ऊर्जा प्राप्त होती है, जहाँ R पृथ्वी की औसत त्रिज्या है। पृथ्वी के घूर्णन के प्रभाव में, यह ऊर्जा 4pR2 के बराबर, ग्लोब की पूरी सतह पर वितरित की जाती है। नतीजतन, पृथ्वी की क्षैतिज सतह पर सौर विकिरण प्रवाह का औसत मूल्य, वायुमंडल द्वारा इसके क्षीणन को ध्यान में रखे बिना, Iо рR2/4рR3 = Iо/4, या 0.338 kW/m2 है। एक वर्ष के लिए, लगभग 10.66-109 J, या 10.66 GJ सौर ऊर्जा, वायुमंडल की बाहरी सीमा की सतह के प्रत्येक वर्ग मीटर के लिए औसतन प्राप्त होती है, अर्थात Io = 10.66 GJ / (m2 * वर्ष)।

समीकरण (1) के व्यय पक्ष पर विचार करें। सौर विकिरण जो वायुमंडल की बाहरी सीमा पर आ गया है, आंशिक रूप से वायुमंडल में प्रवेश करता है, और आंशिक रूप से वायुमंडल और पृथ्वी की सतह से विश्व अंतरिक्ष में परावर्तित होता है। नवीनतम आंकड़ों के अनुसार, पृथ्वी का औसत एल्बिडो 33% अनुमानित है: यह बादलों (26%) से प्रतिबिंब और अंतर्निहित सतह (7:%) से प्रतिबिंब का योग है। फिर बादलों द्वारा परावर्तित विकिरण Soa = 10.66 * 0.26 = 2.77 GJ / (m2 * वर्ष), पृथ्वी की सतह - SOP = 10.66 * 0.07 = 0.75 GJ / (m2 * वर्ष) और सामान्य तौर पर, पृथ्वी 3.52 GJ/ (एम 2 * वर्ष)।

सौर विकिरण के अवशोषण के परिणामस्वरूप गर्म होने वाली पृथ्वी की सतह लंबी-तरंग विकिरण का स्रोत बन जाती है जो वातावरण को गर्म करती है। किसी भी पिंड की सतह जिसका तापमान परम शून्य से ऊपर होता है, लगातार तापीय ऊर्जा का विकिरण करता है। पृथ्वी की सतह और वायुमंडल कोई अपवाद नहीं है। स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून के अनुसार, विकिरण की तीव्रता शरीर के तापमान और इसकी उत्सर्जन पर निर्भर करती है:

ई = डब्ल्यूटी 4, (2)

जहां ई विकिरण तीव्रता, या आत्म-विकिरण, डब्ल्यू / एम 2 है; सी पूरी तरह से काले शरीर के सापेक्ष शरीर की उत्सर्जन है, जिसके लिए सी = 1; y - स्टीफन का स्थिरांक - बोल्ट्जमैन, 5.67 * 10-8 W / (m2 * K4) के बराबर; टी शरीर का पूर्ण तापमान है।

विभिन्न सतहों के लिए मान 0.89 (चिकनी पानी की सतह) से लेकर 0.99 (घनी हरी घास) तक होते हैं। औसतन, पृथ्वी की सतह के लिए, v को 0.95 के बराबर लिया जाता है।

पृथ्वी की सतह का पूर्ण तापमान 190 और 350 K के बीच है। ऐसे तापमान पर, उत्सर्जित विकिरण में 4-120 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य होती है और इसलिए, यह सभी अवरक्त है और इसे आंख से नहीं देखा जाता है।

पृथ्वी की सतह का आंतरिक विकिरण - E3, सूत्र (2) द्वारा परिकलित, 12.05 GJ / (m2 * वर्ष) के बराबर है, जो कि 1.39 GJ / (m2 * वर्ष) है, या आने वाले सौर विकिरण से 13% अधिक है। वायुमंडल की ऊपरी सीमा पर S0. यदि पृथ्वी की सतह द्वारा सौर और वायुमंडलीय विकिरण के अवशोषण से इसे रोका नहीं गया तो पृथ्वी की सतह द्वारा विकिरण की इतनी बड़ी वापसी इसकी तीव्र शीतलन की ओर ले जाएगी। इन्फ्रारेड स्थलीय विकिरण, या पृथ्वी की सतह का अपना विकिरण, तरंग दैर्ध्य रेंज में 4.5 से 80 माइक्रोन तक वायुमंडलीय जल वाष्प द्वारा गहन रूप से अवशोषित किया जाता है और केवल 8.5 - 11 माइक्रोन की सीमा में वातावरण से होकर गुजरता है और विश्व अंतरिक्ष में जाता है। बदले में, वायुमंडलीय जल वाष्प भी अदृश्य अवरक्त विकिरण का उत्सर्जन करता है, जिसका अधिकांश भाग पृथ्वी की सतह पर निर्देशित होता है, और शेष विश्व अंतरिक्ष में चला जाता है। पृथ्वी की सतह पर आने वाले वायुमंडलीय विकिरण को वायुमंडल का प्रति विकिरण कहते हैं।

वायुमंडल के काउंटर रेडिएशन से, पृथ्वी की सतह अपने परिमाण का 95% अवशोषित करती है, क्योंकि किरचॉफ के नियम के अनुसार, किसी पिंड की चमक उसके उज्ज्वल अवशोषण के बराबर होती है। इस प्रकार, वायुमंडल का प्रतिविकिरण अवशोषित सौर विकिरण के अतिरिक्त पृथ्वी की सतह के लिए ऊष्मा का एक महत्वपूर्ण स्रोत है। वायुमंडल के प्रति विकिरण को प्रत्यक्ष रूप से निर्धारित नहीं किया जा सकता है और इसकी गणना अप्रत्यक्ष विधियों द्वारा की जाती है। पृथ्वी की सतह एज़ा द्वारा अवशोषित वायुमंडल का प्रति विकिरण = 10.45 GJ/(m2 * वर्ष)। S0 के संबंध में, यह 98% है।

प्रति विकिरण हमेशा पृथ्वी की तुलना में कम होता है। इसलिए, पृथ्वी की सतह अपने और प्रति विकिरण के बीच सकारात्मक अंतर के कारण गर्मी खो देती है। पृथ्वी की सतह के स्व-विकिरण और वायुमंडल के प्रति-विकिरण के बीच के अंतर को प्रभावी विकिरण (ईई) कहा जाता है:

ईई \u003d ईज़ी - एज़ा (3)

पृथ्वी पर सौर ताप विनिमय

प्रभावी विकिरण पृथ्वी की सतह से विकिरण ऊर्जा, और इसलिए गर्मी का शुद्ध नुकसान है। अंतरिक्ष में जाने वाली यह ऊष्मा 1.60 GJ / (m2 * वर्ष), या 15% सौर विकिरण है जो वायुमंडल की ऊपरी सीमा पर पहुँचती है (चित्र 9.1 में तीर E3)। समशीतोष्ण अक्षांशों में, पृथ्वी की सतह प्रभावी विकिरण के माध्यम से अवशोषित विकिरण से प्राप्त होने वाली गर्मी की लगभग आधी मात्रा खो देती है।

वायुमंडल का विकिरण पृथ्वी की सतह के विकिरण से अधिक जटिल है। सबसे पहले, किरचॉफ के नियम के अनुसार, ऊर्जा केवल उन गैसों द्वारा उत्सर्जित होती है जो इसे अवशोषित करती हैं, अर्थात जल वाष्प, कार्बन डाइऑक्साइड और ओजोन। दूसरे, इनमें से प्रत्येक गैस के विकिरण में एक जटिल चयनात्मक चरित्र होता है। चूंकि जलवाष्प की मात्रा ऊंचाई के साथ घटती जाती है, इसलिए वायुमंडल की सबसे अधिक विकिरण वाली परतें 6-10 किमी की ऊंचाई पर स्थित होती हैं। विश्व अंतरिक्ष में वायुमंडल की लंबी-तरंग विकिरण a=5.54 GJ/(m2*year), जो वायुमंडल की ऊपरी सीमा तक सौर विकिरण के प्रवाह का 52% है। पृथ्वी की सतह के दीर्घ-तरंग विकिरण और अंतरिक्ष में प्रवेश करने वाले वायुमंडल को निवर्तमान विकिरण EU कहा जाता है। कुल मिलाकर, यह 7.14 GJ/(m2*year) के बराबर है, या सौर विकिरण के प्रवाह का 67% है।

सो, सोप, ईई और ईए के पाए गए मानों को समीकरण (1) में प्रतिस्थापित करते हुए, हम प्राप्त करते हैं - ?Sz = 0, यानी, आउटगोइंग रेडिएशन, परावर्तित और बिखरी हुई शॉर्ट-वेव रेडिएशन Soz के साथ मिलकर क्षतिपूर्ति करते हैं पृथ्वी पर सौर विकिरण का प्रवाह। दूसरे शब्दों में, पृथ्वी, वायुमंडल के साथ, जितना विकिरण प्राप्त करती है उतनी ही विकिरण खो देती है, और इसलिए, विकिरण संतुलन की स्थिति में है।

पृथ्वी के ऊष्मीय संतुलन की पुष्टि तापमान के दीर्घकालिक अवलोकन से होती है: पृथ्वी का औसत तापमान साल-दर-साल थोड़ा बदलता रहता है, और एक लंबी अवधि से दूसरी अवधि में लगभग अपरिवर्तित रहता है।