6. Связи атмосферы с солнцем и земной поверхностью

6.1. Источником энергии атмосферных процессов является сол­нечная радиация (солнечное излучение), приходящая к Земле из ми­рового пространства от Солнца. Количество тепла, получаемое в среднем за год единицей площади земной поверхности от Солнца, в 30 000 раз больше, чем тепло, идущее из недр Земли, и в 30 млн раз больше, чем энергия от излучения звезд и планет. Поэтому солнечная энергия — практически единственный источник энер­гии для земной поверхности и атмосферы. Именно лучистая энергия Солнца превращается в атмосфере и на земной поверх­ности в теплоту, она же служит источником энергии атмосферных движений, превращается в другие виды энергии. Превращения солнечной энергии в атмосфере достаточно сложны: солнечные лучи больше нагревают земную поверхность, чем непосредственно воздух, а уже между земной поверхностью и атмосферой происхо­дит оживленный обмен теплом, а также водой и водяным паром (на что тоже затрачивается солнечная энергия).

Земная поверхность также оказывает большое влияние на ат­мосферу. Рельеф и температурные неоднородности земной по­верхности имеют большое значение для воздушных движений. Поднимаемые с земной поверхности в атмосферу пыль и другие аэрозоли оказывают определенное влияние на оптические свой­ства атмосферы и ее электрическое состояние.

В свою очередь наличие атмосферы вызывает различные фи­зические процессы, развертывающиеся на земной поверхности — в почве и верхних слоях водоемов. Например, ветровая эрозия, морские течения и ветровое волнение, установление и сход снеж­ного покрова и многое другое. Важнейшее значение атмосфера имеет для жизни на Земле.

6.2. В составе солнечной радиации есть коротковолновая ульт­рафиолетовая радиация, энергия которой невелика, но которая про­изводит сильнейшее фотохимическое действие на высокие слои ат­мосферы. Сильно влияет на высокие слои атмосферы и корпускулярная радиация Солнца, т.е. потоки заряженных элемен­тарных частиц, выбрасываемых Солнцем. Ультрафиолетовая и корпускулярная радиации значительно изменяются во времени в за­висимости от солнечной активности и изменения числа солнечных пятен. В связи с солнечной актив­ностью меняется состояние высоких слоев атмосферы, их иони­зация, электропроводность и сказывается и на состоянии нижних слоев, а значит, на погоде и климате. Механизм воздействия верхней атмосферы на нижние слои еще неясен.

7. Теплооборот

Существуют три основных цикла атмосферных процессов, уча­ствующих в формировании погоды и определяющих климат. Это так называемые климатообразующие процессы — теплооборот, влагооборот и атмосферная циркуляция.

Теплооборот – это процессы получения, передачи, переноса и потери тепла в системе «земля—атмосфера». Поток солнечной радиации, идущий от Солнца к Земле, частич­но отражается воздухом, облаками и примесями назад в мировое пространство. Эта энергия безвозвратно теряется для Земли. Дру­гая часть проходит сквозь атмосферу. Атмосфера частично и в сравнительно небольшой степени поглощает солнечную радиа­цию, преобразуя ее в теплоту, частично рассеивает ее, изменяя спектральный состав.

Прямая солнечная радиация, прошедшая сквозь атмосферу, и рассеянная радиация, падая на земную поверхность, частично от нее отражаются, но в большей части поглощаются ею и нагрева­ют верхние слои почвы и водоемов. Земная поверхность сама ис­пускает невидимую инфракрасную радиацию, которую в большей части поглощает атмосфера, и нагревается. Атмосфера в свою оче­редь излучает инфракрасную радиацию, большую часть которой поглощает земная поверхность. В то же время земная и атмосфер­ная радиации непрерывно излучаются в мировое пространство и вместе с отраженной солнечной радиацией уравновешивают при­ток солнечной радиации к Земле.

Другая часть лучистой энергии нагревает земную атмосферу.

Кроме обмена тепла путем излучения между земной поверх­ностью и атмосферой происходит конвективное перемешивание воздуха в вертикальном направлении.

Значительная часть солнечного тепла, поступающего на зем­ную поверхность, затрачивается на испарение воды, т.е. перехо­дит в скрытую форму. Потом, при конденсации водяного пара в атмосфере и, как правило, в районе, удаленном от места испаре­ния, это тепло, выделяясь, нагревает воздух.

Важнейшим процессом в теплообороте является горизонталь­ный перенос тепла воздушными течениями, направленными из одних мест земли в другие.

Распределение температуры воздуха по земному шару зависит от общих условий притока солнечной радиации по широтам, от распределения суши и моря, которые по-разному поглощают радиацию и по-разному нагреваются, и, наконец, от воздушных течений, переносящих воздух из одних областей Земли в другие.