Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Тема 6-7 (метеорология и климатология).doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
1.07 Mб
Скачать

Радиационный баланс подстилающей поверхности

Радиационный баланс подстилающей поверхно­сти. Часть прямой и рассеянной солнечной радиации, по­ступающей к земной поверхности, ею отражается. Отража­тельная способность подстилающей поверхности зависит от ее физических свойств, цвета, состояния и характеризу­ется величиной альбедо.

Альбедо – это отношение отраженной (коротковолно­вой) радиации к суммарной Q, поступающей на подсти­лающую поверхность:

.

Альбедо выражается в долях единицы или в процентах.

Альбедо для свежевыпавшего снега – 80-95 %, для темных почв – 5-10%.

Земная поверхность, поглощая суммарную солнечную радиацию (коротковолновую), в то же время сама излучает длинноволновую радиацию. Часть этой энергии уходит в мировое пространство и в значительной части поглощается атмосферой. В этом поглощении большое участие прини­мают водяной пар, озон, углекислый газ, пыль. Вследствие поглощения излучения Земли атмосфера нагревается и, в свою очередь, излучает длинноволновую радиацию. Часть этой радиации направлена в сторону земной поверхности. Таким образом, в атмосфере создаются два потока длинно­волновой радиации: один из них состоит из излучения под­стилающей поверхности Е3 и направлен вверх, а другой представляет радиацию атмосферы Еа и направлен вниз. Разность Ез–Еа называют эффективным излучением под­стилающей поверхности Еэф.

Радиационный баланс подстилающей поверхности представляет собой разность между приходом и расходом лучистой энергии. Т. е. радиационный баланс равен количеству энергии, поглощенной подстилающей поверх­ностью:

Уравнение радиационного баланса подстилающей по­верхности имеет вид:

, кВт/м2,

где – прямая солнечная радиация на горизонтальную по­верхность, кВт/м2;

D – рассеянная солнечная радиация на горизонтальную поверхность, кВт/м2;

Еа – встречное излу­чение атмосферы (длинноволновое излучение атмосферы, направленное в сторону подстилающей поверхности), кВт/м2;

Rk – коротковолновая радиация, отраженная от под­стилающей поверхности, кВт/м2;

Raдлинноволновая ра­диация, отраженная от подстилающей поверхности, кВт/м2;

Ез - длинноволновое излучение подстилающей поверхно­сти, кВт/м2.

Величина Ra очень мала, поэтому в практических расче­тах ее не учитывают.

Принимая во внимание, что

,

получим выражение радиационного баланса в следующем виде:

, кВт/м2.

При положительном радиационном балансе подстилающая по­верхность поглощает коротковолновую радиацию больше, чем излучает в области длинных волн, и нагревается.

Пре­обладание эффективного излучения над поглощенной ра­диацией (радиационный баланс отрицательный) вызывает охлаждение подстилающей поверхности. Это приводит к возникновению физических процессов, под действием ко­торых происходит теплообмен между подстилающей по­верхностью и атмосферой, более глубокими слоями суши и океана.

Актинометрические приборы

Основными актинометрическими приборами являются: актинометр, пиранометр (алъбедометр), балансомер. Все эти приборы основаны на общем принципе. Лучистая энер­гия, поглощенная чувствительным элементом (обычно за­черненная пластинка), преобразуется в тепловую энергию с последующим преобразованием посредством термопары в электрическую энергию (ЭДС), измеряемую гальваномет­ром. В итоге об интенсивности лучистой энергии судят по величине отклонения стрелки гальванометра. Эти приборы являются относительными.

Температурный режим деятельного слоя (почвы)

Деятельный слойэто слой почвы (включая раститель­ность и снежный покров) или воды, участвующий в тепло­обмене с окружающей средой, и на глубину которого рас­пространяются суточные и годовые колебания температуры.

В почве коротковолновая солнечная радиация проникает на глубину в десятые доли миллиметра, где она преобразу­ется в тепло. В нижележащие слои это тепло передается путем молекулярной теплопроводности.

Поглощенное тепло расходуется на:

- нагревание;

- испарение;

- химические процессы.

Лекция по почвоведению.

В связи с этим в верхних слоях почвы температура в течение суток значительно колеблется (суточные колебания температур обычно проявляются до глубины 50 см). При этом минимум температуры наблюда­ется вскоре после восхода Солнца, когда радиационный баланс меняет знак с «-» на «+». Максимум температуры приходится на 13-14 ч. Плавность суточного хода темпера­туры может нарушаться наличием облаков, осадков.

На температуру почвы оказывают влияние раститель­ный и снежный покровы. Растительный покров уменьшает амплитуду суточных колебаний температуры поверхности почвы, так как он препятствует нагреванию ее солнечными лучами днем и защищает от радиационного выхолаживания ночью. Снежный покров, обладая малой теплопроводностью, предохраняет почву от интенсивной потери тепла.

Амплитуда колебаний температуры деятельного слоя в годовом ходе (годовые колебания температур обычно проявляются до глубины 15 м) зависит от широты (в тропиках – минималь­ная).

Амплитуда колебаний температуры почвы с глу­биной уменьшается.

На некоторой глубине (около 70 см, разной в зависимо­сти от широты и сезона года) начинается слой с постоянной суточной температурой.

Сравнение с водной средой.

Существуют различия в тепловом режиме суши и воды, которые объясняются различием их теплофизических свойств и процессов теплообмена между поверхностью и нижележащими слоями.

В воде в зависимости от ее прозрачности солнечная ра­диация проникает на глубины до десятков метров, а пере­нос тепла в глубинные слои происходит в результате тур­булентного перемешивания, термической конвекции, а также испарения.

В ночное время суток и в холодное время года развивается термическая конвекция, когда ох­лажденная на поверхности вода опускается вниз вследствие возросшей плотности и замещается более теплой водой из нижних слоев.

При значительном испарении с поверхности моря верхний слой воды становится более соленым и плот­ным, в результате чего более теплая вода опускается с по­верхности в глубину.

Поэтому суточные колебания темпе­ратуры в воде распространяются на глубину до десятков метров, а в почве – менее метра. Годовые колебания температуры воды распространяются на глубину до сотен мет­ров, а в почве – только на 10-20 м; т.е. в почве тепло сосре­доточивается в тонком верхнем слое, который нагревается при положительном радиационном балансе и остывает – при отрицательном.

Таким образом, суша быстро нагревается и быстро ос­тывает, а вода медленно нагревается и медленно остывает.