4.2. Тепловий баланс земної поверхні

3міна температури в нижніх шарах атмосфери, головним чином зале­жить від зміни температури земної поверхні і повторює її хід.

Земна поверхня (поверхня ґрунту чи води) постійно, різними способами, одержує і втрачає тепло.

По-перше, на земну поверхню надходить сонячна радіація (пряма і розсіяна) і зустрічне випромінювання атмосфери. В той же час земна поверхня сама випромінює радіацію (власне випромінювання).

По-друге, шляхом теплопровідності, земна поверхня одержує тепло від атмосфери і віддає його їй. Таким же шляхом тепло передається від земної поверхні донизу в ґрунт (воду), або надходить до земної поверхні з глибини ґрунту (води).

По-третє земна поверхня отримує тепло при конденсації водяної пари з повітря, і втрачає тепло при випаровуванні з неї води.

В будь-який проміжок часу земна поверхня віддає догори і донизу таку кількість тепла, яку вона отримала. Якби було інакше, не виконувався б закон збереження енергії і треба було б припустити, що на земній поверхні енергія виникає і зникає.

Можливо, що в атмосферу може надійти більше тепла, ніж надійшло зверху. В такому випадку надлишок віддачі тепла повинен компенсуватися надходженням тепла до земної поверхні з глибини ґрунту (води). Таким чином, алгебраїчна сума всіх надходжень і втрат тепла на земній поверхні повинна дорівнювати нулю. Це і виражається рівнянням теплового балансу.

Р

(4.2)

озглянемо складові рівняння. Надходження сонячної радіації і інших видів випромінювання виразимо радіаційним балансом

(4.2)

Надходження тепла від повітря, або віддачу його повітрю, шляхом теплопровідності позначимо Р. Такий же обмін з більш глибокими шарами ґрунту і води позначимо А, втрати тепла при випаровуванні і надходження його при конденсації - LЕ, де L - питома теплота випаровування, а Е - маса випаруваної чи сконденсованої води. Тоді рівняння теплового балансу земної поверхні буде мати вигляд:

(4.3)

(4.3)

Смисл рівняння в тому, що радіаційний баланс на земній поверхні урівноважується нерадіаційною передачею тепла. Це рівняння дійсне для будь-якого проміжку часу і багаторічного періоду.

З того, що тепловий баланс дорівнює нулю, не значить, що температура поверхні не змінюється. В певні фази, коли передача тепла спрямована донизу, тепло йде вглиб і накопичується в самому верхньому тонкому шарі ґрунту, так званому діяльному шарі. Температура цього шару, а відповідно і земної поверхні збільшується. При передачі тепла через земну поверхню в атмосферу, тепло в першу чергу витрачається із діяльного шару, внаслідок чого температура поверхні зменшується. Від доби до доби і від року до року, середня температура земної поверхні коливається мало. Це означає, що за добу в глибину ґрунту надходить вдень стільки тепла, скільки витрачається вночі. Але за літню добу тепла вниз надходить трохи більше ніж приходить знизу. Тому верхні шари ґрунту нагріваються. Взимку відбувається зворотній процес. Ці сезоні зміни надходження і втрат тепла в ґрунті і воді за рік майже урівноважуються, і середня річна температура земної поверхні і діяльного шару мало змінюється від року до року.