Излучение земной поверхности

Верхние слои почвы и воды, снежный покров и раститель­ность сами излучают длинноволновую радиацию; эту земную ра­диацию чаще называют собственным излучением земной поверх­ности.

Интенсивность собственного излучения (т. е. отдачу лучи­стой энергии с единицы горизонтальной поверхности за единицу времени) можно рассчитать, зная абсолютную температуру зем­ной поверхности. По закону Стефана—Больцмана излучение с каждого квадратного сантиметра абсолютно черной поверхно­сти в калориях за одну минуту при абсолютной температуре Т равно

где постоянная σ = 8,2*10^-11 кал/см² (рис. 13).

Земная поверхность излучает почти как абсолютно черное тело, и интенсивность ее излучения E_s может быть определена по формуле (10). При +15° С, или 288° К, E_s равно 0,6 кал/см² мин. Столь большая отдача радиации с земной поверхности приво­дила бы к быстрому ее охлаждению, если бы этому не препят­ствовал обратный процесс — поглощение солнечной и атмосфер­ной радиации земной поверхностью.

Абсолютные температуры земной поверхности заключаются между 180 и 350°. При таких температурах испускаемая радиа­ция практически заключается в пределах 4-120 мк, а максимум ее энергии приходится на длины волн 10-15 мк. Следовательно, вся эта радиация инфракрасная, не воспринимаемая глазом.

Рис. 13. Излучение абсолютно черного тела при температу­рах 200, 250 и 300° К.

РАЗЛИЧИЯ В ТЕПЛОВОМ РЕЖИМЕ ПОЧВЫ И ВОДОЕМОВ

Существуют резкие различия в нагревании и тепловых особенностях поверхностных слоев почвы и верхних слоев водных бассейнов. В почве тепло распространяется по вертикали путем теплопроводности, а в легкоподвижной воде - также и путем турбулентного перемешивания водных слоев, намного более эффективно.

В результате суточные колебания температуры в воде распространяются на глубину порядка десятков метров, а в почве - менее одного метра. Годовые колебания температуры в воде распространяются на глубину сотен метров, а в почве - только на 10-20 м.

ВЛИЯНИЕ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА НА ТЕМПЕРАТУРУ ПОВЕРХНОСТИ ПОЧВЫ

Растительный покров летом снижает температуру на поверхности почвы. Снежный покров зимой ее повышает. Совместное действие растительного покрова летом и снежного зимой уменьшает годовую амплитуду температуры на поверхности почвы; это уменьшение составляет около 10°С в сравнении с обнаженной почвой.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ТЕПЛА ВГЛУБЬ ПОЧВЫ

К распространению тепла в почве применима общая теория молекулярной теплопроводности, предложенная в свое время Фурье. Законы распространения тепла в почве носят название законов Фурье.

Чем больше плотность и влажность почвы, тем лучше она проводит тепло, тем быстрее распространяются в глубину и тем глубже проникают колебания температуры. Независимо от типа почвы период колебаний температуры не изменяется с глубиной (первый закон Фурье).

Возрастание глубины в арифметической прогрессии приводит к уменьшению амплитуды в прогрессии геометрической (второй закон Фурье).

Сроки наступления максимальных и минимальных температур как в суточном, так и в годовом ходе запаздывают с глубиной пропорционально увеличению глубины (третий закон Фурье).

Четвертый закон Фурье гласит: глубины слоев постоянной суточной и годовой температуры относятся между собой как корни квадратные из периодов колебаний, т. е. как 1:365