Нагревание атмосферы

Основным источником жизни и многих природных процессов на Земле является лучистая энергия Солнца, или энергия солнечной радиации. На Землю поступает лишь одна двухмиллиардная часть. электромагнитной солнечной радиации, основная же её часть рассеивается в Мировом пространстве. Путь от Солнца до Земли солнечные лучи проходят за 8,3 мин.

Радиация бывает прямая и рассеянная. Прямая радиация непосредственно достигает земной поверхности в виде прямых лучей, исходящих от солнечного диска в ясный день. Проходя сквозь земную атмосферу, солнечная радиация изменяется и по интенсивности и по спектральному составу вследствие ее поглощения и рассеивания атмосферными газами и взвешенными в воздухе жидкими и твердыми частицами. В результате у земной поверхности поток прямой солнечной радиации, поступающей от солнца, колеблется в широких пределах в зависимости от физических свойств атмосферы и длинны пути, проходимого солнечными лучами. Часть солнечной радиации, рассеянной в атмосфере, доходит до поверхности Земли от всего небесного свода и называется рассеянной солнечной радиацией.

Потоки энергии у земной поверхности (в тВт или 1012Вт )

Энергетические потоки Мощность

Солнечная радиация: Поглощение атмосферой и земной поверхностью 100000
Поглощение сушей и океаном	80000
Расход на испарение	40000
Турбулентные потоки в тепла	10000
Перенос тепла от экватора к полюсам: Атмосферой 10000
Океаном	2000
Поглощение сушей	20000
Испарение: Сушей ( эвакотранспирация ) 5000
Растениями ( транспирация )	3000
Ветер( диссипация ветровой энергии )	2000
Океанские волны ( диссипация волновой энергии )	1000
Фотосинтез	100
Гравитационная энергия падения всех осадков	100
Энергия рек	3
Другие виды энергии:
Геотермальная	30
Вулканов и гейзеров	0,3
Приливов океана	1
Лунного света, падающего на поверхность Земли	0,5
Света, падающего на Землю от всех звезд	0,001
Современное мировое энергопотребление человечества	10

Совокупность прямой и рассеянной энергии, поступающей на горизонтальную поверхность, называют суммарной радиацией. Величина годовой суммарной радиации зависит прежде всего от угла падения наземную поверхность солнечных лучей (который определяется географической широтой), а также от прозрачности атмосферы и продолжительности освещения. В целом суммарная радиация уменьшается от экваториально-тропических широт к полюсам. Она максимальна - около 850 кДж/см² в год (200 ккал/см² в год) - в тропических пустынях, где прямая солнечная радиация, из-за большой высоты Солнца и безоблачного неба наиболее интенсивна. В летнее полугодие различия в поступлении суммарной солнечной радиации между низкими и высокими широтами сглаживаются за счет большей продолжительности освещения в полярных районах (полярный день ), в зимнее полугодие они достигают максимума (полярная ночь)

Суммарная солнечная радиация, поступающая на земную поверхность, частично отражается ею и теряется (отраженная радиация).Однако большая часть ее поглощается земной поверхностью и превращается в теплоту. Воздух нагревается от земной поверхности за счет длинноволнового теплового излучения Земли, так называемой земной радиации. Вот почему с подъемом вверх в тропосфере температура понижается. Часть земной радиации теряется в виде теплового излучения. Однако большая ее доля задерживается атмосферой. Свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию к земной поверхности, но задерживать ее тепловое излучение (главным образом благодаря водяному пару и диоксиду углерода) называется парниковым эффектом.

Та часть суммарной радиации, которая остается после отражения и теплового излучения от земной поверхности называется радиационным балансом (остаточной радиацией). В целом за год всюду на Земле он положительный, за исключением высоких ледяных пустынь Антарктиды и Гренландии. Радиационный баланс закономерно уменьшается от экватора(350 к Дж/см² в год) к полюсам, где он близок к нулю (см. рис. 2). От экватора до субтропиков (сороковые широты) радиационный баланс в течение всего года положительный, а начиная с умеренных широт летом- положительный, зимой отрицательный.

Рис. 2. Суммарная солнечная радиация за год (ккал/см²)

Соответственно и температура воздуха тоже зональна и убывает от экватора к полюсам. Эта закономерность наглядно отражена на климатических картах мира, где показаны годовые изотермы или изотермы самого теплого и холодного месяцев (июля или января).

Изотермы - это линии на картах, соединяющие точки с одинаковой температурой воздуха за определённый промежуток времени. Анализ карты годовых изотерм позволяет сделать следующие выводы.

1. В экваториально-тропических широтах понижение температуры воздуха по мере удаления от экватора происходит медленно, в умеренных - довольно быстро, в приполярных - вновь медленно. Это связано с тем, что величина поступающей солнечной радиации зависит не просто от географической широты, а от синуса угла падения солнечных лучей, подверженного наибольшим изменениям в пределах 40-50º широты.

2. Все параллели северного полушария теплее аналогичных параллелей южного полушария. Самые высокие среднегодовые температуры(26-27º С) наблюдаются не на экваторе, а на 10º северной широты - термическом экваторе Земли. Такое явление объясняется тем, что в северном полушарии в низких широтах значительную площадь занимают материки, нагретые в течение всего года, а в южном полушарии большую площадь занимают океаны, следовательно больше теплоты затрачивается на испарение. Кроме того, охлаждающее влияние на южное полушарие оказывает материк Антарктида, покрытый льдами.

3. Изотермы не совпадают с параллелями, хотя солнечная энергия распределяется зонально. Это особенно заметно в северном полушарии, где наблюдается чередование материков и океанов. Отклонение изотерм от широтного направления лучше выражено на картах январских изотерм. Например, изотерма 0º С на суше достигает широты 40º, образуя «волны холода», а над океанами заходит за полярный круг, образуя «волны холода», а над океанами заходит за полярный круг, образуя «волны тепла». Такое отклонение изотерм от параллелей почти до меридионального направления вдоль побережий вызваны неодинаковыми условиями нагревания и охлаждения суши и моря, влиянием теплых и холодных течений в сочетании с господствующими западными ветрами.

Разность среднемесячных температур самого теплого и самого холодного месяцев называется годовой амплитудой температур, разность между самой высокой и самой низкой температурой воздуха в течение суток - суточной амплитудой температур. И та и другая амплитуды температур меньше на побережьях в морском климате и больше во внутренних частях материков в континентальном и особенно резко континентальном климате.

По времени наступления максимальных и минимальных среднемесячных температур воздуха в течении года различают четыре основных типа годового хода температур (рис. 3). Первый - экваториальный тип: температуры весь год ровные с двумя небольшими максимумами(27-29ºС) после дней равноденствия(апрель, октябрь) и двумя небольшими минимумами (24-25 º) после дней солнцестояния (июль, январь ). Второй – тропический тип ; для него характерны один максимум (более 30º С) и один минимум (около 20º) температур воздуха. Третий тип – тип умеренных широт ; характерны один максимум и один минимум температур в течение года, причём температуры изменяются таким образом, что год разбивается на четыре сезона. Четвёртый –полярный тип; один максимум и один минимум температур, причём почти весь год температуры отрицательные.

Рис. 3. Типы годового хода температур: 1- экваториальный, 2 – тропический, 3 – умеренных широт, 4 – полярный; сплошной линией обозначена положительная температура воздуха (°С), прерывистой – отрицательная

Самые высокие температуры на Земле наблюдаются в тропических пустынях; на севере Африки, близ Триполи, зарегистрирована температура +51º С. Самые низкие температуры приземного слоя воздуха (-89.2º С) отмечены в 1982 году в Антарктиде на внутриконтинентальной станции «Восток», расположенной на высоте 3488 метров над уровнем моря, а в северном полушарии - в Восточной Сибири в посёлке Оймякон (-71º С), расположенном в котловине среди гор, в верховьях реки Индигирки.

На Земле выделяются 7 тепловых поясов: жаркий, два умеренных, два холодных и два вечного мороза.

Границами тепловых поясов являются изотермы. Жаркий пояс ограничен с обеих сторон годовыми изотермами + 20º С. Эти изотермы оконтуривают на суше ареал распространения дикорастущих плодоносящих пальм, в океанах – коралловых построек. Два умеренных пояса ограничены со стороны экватора годовой изотермы +20º С, со стороны полюсов - +10 º С самого тёплого месяца, которая совпадает примерно с границей тундры и леса. Два холодных пояса лежат между изотермами +10º С и 0º С самого тёплого месяца. На суше это зона тундры. Две области вечного мороза оконтуриваются изотермой 0º С самого тёплого месяца. Это царство вечных снегов и льдов.